Brevet FR3034497A1 — publié le 20161007

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine de l'éclairage et elle 5 concerne plus particulièrement une source de lumière pour projecteurs cinéma ou vidéo et lumière, à diodes électroluminescentes ou lasers. Art antérieur Jusqu'à récemment, les projecteurs étaient classiquement io constitués d'une lampe à incandescence ou d'une lampe à décharge type Xenon, Mercure, HMI ou HTI, et d'un réflecteur pour orienter le faisceau lumineux issu de cette lampe vers un système optique comportant une ou plusieurs lentilles disposées les unes derrière les autres dans le faisceau lumineux. Dans les projecteurs de scène ou de spectacle, différents 15 obturateurs sont aussi placés en sortie du système optique pour assurer la réalisation d'effets spéciaux, par exemple un couteau de découpe, une roue de couleur, un iris et une roue de gobos. Toutefois, depuis quelques années sont apparus sur le marché de l'éclairage, notamment cinéma et vidéo numérique, des projecteurs dont 20 les sources de lumière, destinées à remplacer ces lampes à décharge ou à incandescence, sont des LEDs ou des diodes lasers, comme dans le brevet US6,224,216. Malheureusement, ces projecteurs sont pénalisés par une taille importante des sources de lumière due essentiellement au nombre très élevé de fibres optiques utilisées pour collecter la lumière. Ce grand 25 nombre de fibres optiques résulte en effet de la difficulté à collimater les faisceaux des diodes en un seul point de focalisation pour permettre de concentrer la lumière dans une unique fibre optique de sortie. De plus, la gestion des diodes montées en série s'effectue en nombre réduit, souvent par séries de 6 à 12 diodes (voir 24 au maximum) et ces séries de diodes 30 sont généralement regroupées par couleur primaire (Rouge, Vert, Bleu). 3034497 2 En outre, chaque groupe de couleur est de faible puissance (en moyenne 4 à 5 Watts optiques) et cette puissance très inégale (le rouge par rapport au bleu par exemple), ce qui ne permet pas aisément d'obtenir une grande puissance d'éclairage dans un volume réduit, d'accès facile, et permettant un assemblage aisé pour la fabrication comme pour la maintenance. Objet et définition de l'invention La présente invention propose de s'affranchir de cette contrainte io avec un projecteur dont la source de lumière permet de délivrer une grande puissance d'éclairage dans un volume particulièrement compact. Un but de l'invention est aussi de réaliser une source de lumière pouvant être monochromatique comme multi-couleurs. Ces buts sont atteints par une source de lumière à diodes pour 15 projecteur comportant un module de diodes apte à former un conduit de lumière de couleur et dimension déterminées à partir des faisceaux lumineux parallèles de chacune des diodes de ce module, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, dans un boîtier étanche à la lumière, un système optique constitué d'un miroir parabolique hors axe pour recevoir 20 ledit conduit de lumière et le focaliser après réflexion dans une direction perpendiculaire en entrée d'une unique fibre optique de sortie dudit boitier. Ainsi, en supprimant l'ensemble des fibres optiques de collimation et en renvoyant sur un unique élément de focalisation les différents 25 faisceaux de lumière issus des diodes, il devient possible de concentrer tous ces faisceaux en un seul point focal pour réaliser une source de lumière de forte puissance (15 W optiques voire plus) particulièrement compacte. De préférence, ladite dimension du conduit de lumière est 30 déterminée par le nombre de diodes constituant ledit module de diodes. 3034497 3 Avantageusement, la source de lumière à diodes selon l'invention peut comporter un module de diodes ayant des diodes de même longueur d'onde, de sorte que ladite couleur dudit conduit de lumière est déterminée par la longueur d'onde desdites diodes constituant ledit 5 module de diodes ou encore un module de diodes ayant des diodes de première, deuxième et troisième longueurs d'onde correspondant aux couleurs primaires rouge, verte et bleu, de sorte que ladite couleur dudit conduit de lumière est déterminée par synthèse additive desdites couleurs rouge, verte et bleu. io De préférence, lesdites diodes sont regroupées par couleur sur ledit module de diodes ou sont distribuées sur ledit module de diodes de telle sorte que deux diodes de même longueur d'onde ne soient pas l'une à côté de l'autre. Avantageusement, ledit boitier est parallélépipédique et comporte 15 six faces formées par quatre parties montées à emboitement, des première, deuxième et troisième parties formant cinq faces dudit boitier et une quatrième partie de ce boitier formant la sixième face étant constitué par ledit module d'éclairage à diodes formant couvercle. Ladite première partie peut former à elle seule trois faces dudit boitier et présente une 20 forme en U avec une paroi de fond destinée à recevoir ledit système optique et sur laquelle se raccordent perpendiculairement deux parois de côté, une de ces deux parois de côté étant destinée à recevoir ladite fibre optique de sortie. Lesdites diodes sont des diodes électroluminescentes ou des diodes 25 lasers. L'invention concerne également un projecteur monochrome, multicouleurs ou polychrome de type RVB comportant au moins une source de lumière à diodes telle que précitée. 30 3034497 4 Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : 5 - la figure 1 est une vue de dessus d'un projecteur selon l'invention montrant le cheminement des faisceaux de lumière, - la figure 2 est une vue en perspective d'un module d'éclairage à diodes du projecteur de la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective éclatée du projecteur de la io figure 1, et - les figures 4A et 4B illustrent schématiquement une possible répartition des diodes dans le module d'éclairage de la figure 2. Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel 15 La figure 1 illustre une source de lumière à diodes conforme à l'invention destinée par exemple à être montée dans un châssis d'alimentation standard de type « rack 2U, 3U ou 4U » (c'est-à-dire pouvant être monté directement dans une baie standard 19 pouces). Toutefois, compte tenu de la compacité de la source de lumière tout autre type d'intégration est 20 aussi envisageable sous la seule réserve de respecter, selon les normes de sécurité liées à la source de lumière, les rayons de courbures de ou des fibres optiques de sortie et la connexion du système de refroidissement. Cette source de lumière 10 comporte dans un boitier 12 particulièrement compact et étanche à la lumière comme aux poussières, 25 une partie électronique destinée à recevoir une carte 14 de gestion des diodes commandée par une unité externe de commande 15 et une partie optique, comprenant d'une part un module d'éclairage à diodes lasers 16 intégrant ses propres moyens de dissipation de la chaleur dégagée par les diodes et destiné à générer un faisceau lumineux de grande puissance 30 (typiquement supérieure à 10 - 15 watts optiques) et d'autre part un 30344 9 7 5 système optique 18 permettant la collimation et la focalisation du faisceau lumineux issu de ce module dans une unique fibre optique de sortie 20. Comme le montre la figure 2, le module de diodes laser 16 comporte un grand nombre de diodes lasers 22 de même longueur 5 d'onde, réparties régulièrement en forme de matrice (32 diodes sur cette figure correspondant à des diodes vertes et typiquement de 20 à 60 dont la puissance est variable selon le type et la technologie employés) et montées sur une plaque support 24, chaque diode étant surmontée d'une lentille plastique ou de verre de très petite taille portée par un élément de io centrage (tous deux non représentés), de façon à produire un nombre correspondant de faisceau lumineux parallèles, l'ensemble de ces faisceaux formant en quelque sorte un conduit de lumière de la couleur associée à la longueur d'onde des diodes de la matrice. La plaque support 24 incorpore des pistes conductrices (non 15 représentées) reliées à des bornes d'alimentation en courant 26 pour connexion à la carte de gestion 14 et elle est directement en contact de moyens 28 de dissipation de la chaleur dégagée par la matrice de diodes. Ces moyens de dissipation de chaleur qui sont décrits plus en détail dans la demande déposée au nom de la demanderesse et intitulée « module 20 d'éclairage à diodes à refroidissement amélioré » comportent une plaque métallique de jonction 30 dont une face externe est en contact direct avec la plaque support et une face interne supporte une mousse métallique alvéolaire contenue dans un boitier 32 ayant la forme d'une cuve cloisonnée, étanche à un fluide de refroidissement, avantageusement de 25 l'eau en phase liquide ou de l'eau glycolée, et dont la plaque métallique de jonction constitue le couvercle. Ce fluide de refroidissement est respectivement véhiculé vers et depuis les modules de diodes par des canalisations aller 34 et retour 36. Revenons à la figure 1. La source de lumière à diodes illustrée 30 comporte donc dans un boitier 12 de forme parallélépipédique à six faces, 30344 9 7 6 étanche à la lumière, un module de diodes lasers 16 apte à former un conduit de lumière à partir des faisceaux lumineux parallèles de chacune des diodes de ce module qui délivre une couleur déterminée par la longueur d'onde des diodes identiques qui le compose, les dimensions du 5 conduit de lumière étant déterminées par la dimension de la matrice et donc le nombre de ces diodes (par exemple 32 diodes vertes de longueur d'onde typiquement comprise entre 510 à 530 pm, 23 diodes rouges de longueur d'onde typiquement comprise entre 620 à 650 pm et 23 diodes bleues de longueur d'onde typiquement comprise entre 430 à 460 pm), io variable selon la couleur et le niveau de technologie de chacune des couleurs considérées. Plus particulièrement, ce conduit de lumière est dirigé vers le système optique 18 constitué d'un miroir parabolique hors axe disposé en travers de ce conduit de lumière pour le réfléchir dans une direction perpendiculaire et le focaliser en un point focal déterminé PF en 15 entrée de l'unique fibre optique de sortie 20. La figure 3 illustre plus spécifiquement la structure du boitier 12 qui, pour en faciliter l'assemblage et la maintenance, est constitué de seulement quatre parties montées de préférence par emboitement. Une première partie 12A formant à elle seule trois faces de ce boitier présente 20 une forme en U avec une paroi de fond sur laquelle se raccordent perpendiculairement deux parois de côté, la paroi de fond étant destinée à recevoir le système optique 18 et une de ces deux parois de côté, la fibre optique de sortie 20. Des deuxième et troisième parties 12B, 12C forment chacune une face latérale du boitier reliant entre elles et avec la paroi de 25 fond les deux parois de côté. Enfin, une quatrième partie de ce boitier qui n'est autre que le module d'éclairage à diodes 16 vient le fermer en formant couvercle. L'assemblage est facilité par des rainures 28 et pour s'adapter à la forme circulaire de la plaque support 24 des lamages 40 sont pratiqués sur les deux parois latérales et les deux parois de côté au 30 niveau de leurs extrémités en contact avec cette plaque. 3034497 7 On notera que si la source de lumière précitée permet la réalisation d'un éclairage monochromatique de forte puissance, comme celle d'éclairages multi-couleurs en associant ensemble trois éclairages monochromatiques de trois longueurs d'ondes différentes correspondant à 5 trois couleurs primaires (par exemple Rouge, Vert et Bleu) et en choisissant un nombre adéquat de diodes de façon à obtenir des sources de puissance équilibrées, il est aussi possible avec ce même système optique (le miroir hors axe évitant le dépôt d'une couche achromatique sur un train optique spécifique) de réaliser une source de lumière polychrome io de type RVB sous réserve de disposer, en lieu et place des diodes de même longueur d'onde du module d'éclairage monochromatique, des diodes de trois longueurs d'ondes différentes correspondant à trois couleurs primaires (par exemple Rouge, Vert et Bleu) et de répartir celles-ci sur la matrice à diodes selon une configuration soit regroupée par 15 couleur comme illustrée à la figure 4A, où par exemple la référence 42 correspond à la couleur vert, la référence 44 correspond à la couleur rouge et la référence 46 correspond à la couleur bleu, soit distribuée comme illustrée à la figure 4B, de telle sorte que deux diodes de même longueur d'onde ne soient pas en contact l'une de l'autre (la référence 48 20 correspond à la couleur vert, la référence 50 correspond à la couleur rouge et la référence 52 correspond à la couleur bleu). La configuration distribuée, à l'image d'un écran de télévision, permet de gérer très simplement un éclairage d'une couleur quelconque (dont le blanc) alors que la configuration regroupée présente l'avantage de 25 permettre, par un meilleur équilibrage des couleurs, d'obtenir un blanc par synthèse additive des couleurs rouge, verte et bleu. En effet, les diodes rouges sont aujourd'hui de moindre puissance que les diodes vertes ou bleues de sorte que la combinaison d'un nombre équivalent de diodes de chaque couleur ne permet pas d'obtenir un blanc de bonne qualité 3034497 8 (notamment pour répondre aux normes DCI). En augmentant le nombre de diodes rouges on peut donc assurer un meilleur équilibrage. Bien entendu, il est clair que selon le type des diodes utilisées, ce nombre supplémentaire pourrait être d'une autre couleur que la couleur 5 rouge, l'augmentation correspondante du nombre de diodes de chacune de ces trois couleurs R, V ou B permettant d'obtenir un blanc parfait. REVENDICATIONS1. Source de lumière à diodes pour projecteur comportant un module de diodes (16) apte à former un conduit de lumière de couleur et dimension déterminées à partir des faisceaux lumineux parallèles de chacune des diodes de ce module, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, dans un boitier (12) étanche à la lumière, un système optique (18) constitué d'un miroir parabolique hors axe pour recevoir ledit conduit de lumière et le focaliser après réflexion dans une direction perpendiculaire io en entrée d'une unique fibre optique de sortie (20) dudit boitier. 2. Source de lumière à diodes selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite dimension du conduit de lumière est déterminée par le nombre de diodes constituant ledit module de diodes. 3. Source de lumière à diodes selon la revendication 1, caractérisée 15 en ce qu'elle comporte un module de diodes ayant des diodes de même longueur d'onde, de sorte que ladite couleur dudit conduit de lumière est déterminée par la longueur d'onde desdites diodes constituant ledit module de diodes. 4. Source de lumière à diodes selon la revendication 1, caractérisée 20 en ce qu'elle comporte un module de diodes ayant des diodes de première, deuxième et troisième longueurs d'onde correspondant aux couleurs primaires rouge, verte et bleu, de sorte que ladite couleur dudit conduit de lumière est déterminée par synthèse additive desdites couleurs rouge, verte et bleu. 25 5. Source de lumière à diodes selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdites diodes sont regroupées par couleur sur ledit module de diodes. 6. Source de lumière à diodes selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdites diodes sont distribuées sur ledit module de diodes de 3034497 telle sorte que deux diodes de même longueur d'onde ne soient pas l'une à côté de l'autre. 7. Source de lumière à diodes selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit boitier est parallélépipédique et comporte six faces 5 formées par quatre parties (12A, 12B, 12C, 16) montées à emboiternent, des première, deuxième et troisième parties formant cinq faces dudit boitier et une quatrième partie de ce boitier formant la sixième face étant constitué par ledit module d'éclairage à diodes formant couvercle. 8. Source de lumière à diodes selon la revendication 7, caractérisée io en ce que ladite première partie (12A) forme à elle seule trois faces dudit boitier et présente une forme en U avec une paroi de fond destinée à recevoir ledit système optique et sur laquelle se raccordent perpendiculairement deux parois de côté, une de ces deux parois de côté étant destinée à recevoir ladite fibre optique de sortie. 9. Source de lumière à diodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdites diodes sont des diodes électroluminescentes ou des diodes lasers. 10. Projecteur comportant au moins une source de lumière à diodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.20