Brevet FR3031568A1 — publié le 20160715

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 à diodes électroluminescentes ou lasers. Art antérieur Jusqu'à récemment, les projecteurs étaient classiquement constitués d'une lampe à incandescence ou d'une lampe à décharge type Xenon, 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 dans le faisceau lumineux. Dans les projecteurs de scène ou de spectacle, différents obturateurs sont aussi placés en sortie 15 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, des projecteurs dont les sources 20 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 des séries de 6 à 12 diodes maximum et ces séries de diodes sont 30 généralement regroupées par couleur (Rouge, Vert, Bleu), chacune de ces 3031568 2 couleurs étant reliée à une fibre optique différente. Ainsi, chaque module RVB connecté à une carte de gestion doit être relié à une fibre, ce qui ne permet pas aisément de multiplier le nombre de modules pour obtenir une grande puissance d'éclairage dans un volume réduit, d'accès facile, et surtout 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 avec un projecteur dont la source de lumière peut être simplifiée considérablement. Un but de l'invention est d'obtenir une source de lumière particulièrement compacte mais permettant malgré tout de délivrer une grande puissance d'éclairage. Ces buts sont atteints par une source de lumière à diodes pour 15 projecteur comportant au moins trois matrices de diodes supportant chacune une lentille pour former au moins trois conduits de lumière séparés de couleurs et dimensions déterminées, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre : - une première lame dichroïque laissant passer au travers d'elle un 20 premier conduit de lumière CL1 d'une première longueur d'onde délivré par la première matrice de diodes et réfléchissant un deuxième conduit de lumière CL2 d'une deuxième longueur d'onde délivré par la deuxième matrice de diodes pour former un premier conduit de lumière combinée CLC1, 25 - une deuxième lame dichroïque laissant passer au travers d'elle un troisième conduit de lumière CL3 d'une troisième longueur d'onde délivré par la troisième matrice de diodes et réfléchissant ledit premier conduit de lumière combinée CLC1 pour former un second conduit de lumière combinée CLC2, et 3031568 3 - un élément de focalisation pour recevoir ledit second conduit de lumière combinée CLC2 et le focaliser en un point focal déterminé. Ainsi, en supprimant l'ensemble des fibres optiques de collimation et en renvoyant, par un jeu de lames dichroïques, sur un unique élément 5 de focalisation les différents faisceaux de lumière issus des diodes, il devient possible de concentrer tous ces faisceaux en un seul point focal en entrée d'une seule fibre optique permettant la conduite de la lumière et où les trois couleurs primaires se retrouvent alors mixées. De préférence, la source de lumière à diodes comporte en outre io une troisième lame dichroïque laissant passer au travers d'elle ledit deuxième conduit de lumière CL2 de ladite deuxième longueur d'onde et réfléchissant un quatrième conduit de lumière de ladite deuxième longueur d'onde délivré par une quatrième matrice de diodes pour former un conduit de lumière combinée à destination de ladite première lame 15 dichroïque. Selon un mode de réalisation, ledit élément de focalisation est un miroir parabolique hors axe réfléchissant ledit second faisceau lumineux combiné et le focalisant en entrée d'une unique fibre optique de sortie. De préférence, lesdites diodes sont des diodes électroluminescentes 20 ou des diodes lasers. Avantageusement, lesdites première, deuxième et troisième longueurs d'onde correspondent respectivement aux couleurs primaires verte, rouge et bleu. L'invention concerne également un projecteur comportant une 25 source de lumière à diodes telle que précitée. Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non 30 limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : 303 1 5 6 8 4 - la figure 1 est une vue partielle de dessus d'un projecteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'un module d'éclairage à diodes du projecteur de la figure 1, et 5 - la figure 3 illustre schématiquement le cheminement des faisceaux de lumière dans un autre exemple de projecteur selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel La figure 1 illustre une source de lumière à diodes conforme à io l'invention destinée 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). Ce châssis 10 comporte une partie électronique 12 destinée à recevoir le différentes cartes de gestion des diodes et une partie optique 14 destinée à recevoir la source 15 de lumière proprement dite et y compris ses moyens de dissipation de la chaleur dégagée par les diodes. Selon l'invention, la source de lumière 20 est une source de lumière de grande puissance et très compacte élaborée à partir de trois modules d'éclairage à diodes lasers 22, 24, 26 disposés à 90° les uns des autres et zo d'un système optique permettant la collimation et la focalisation des faisceaux lumineux issus de ces modules dans une unique fibre optique de sortie. Toutefois, pour un meilleur équilibrage des couleurs, la source de lumière est préférentiellement constituée à partir de quatre modules de diodes lasers, le quatrième module 28 étant alors disposé 25 avantageusement dans l'axe de la fibre optique de sortie 30. Comme le montre la figure 2, chaque module de diodes laser comporte un grand nombre de diodes lasers 32 de même longueur 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 30 la puissance est variable selon le type et la technologie employés) et 3031568 5 montées sur une plaque support 34, chaque diode étant surmontée d'une lentille plastique ou de verre de très petite taille portée par un élément de centrage (tous deux non représentés), de façon à produire un nombre correspondant de faisceau lumineux parallèles, l'ensemble de ces 5 faisceaux formant en quelque sorte un conduit de lumière CL de la couleur associée à la longueur d'onde des diodes de la matrice. La plaque support 34 incorpore des pistes conductrices (non représentées) reliées à des bornes d'alimentation en courant 36 et elle est directement en contact de moyens 38 de dissipation de la chaleur dégagée io par la matrice de diodes. Ces moyens de dissipation de chaleur qui sont décrits plus en détail dans la demande déposée le même jour et intitulée « module d'éclairage à diodes à refroidissement amélioré » comportent une plaque métallique de jonction 40 dont une face externe est en contact direct avec la plaque support et une face interne supporte une mousse 15 métallique alvéolaire contenue dans un boitier 42 ayant la forme d'une cuve cloisonnée, étanche à un fluide de refroidissement, avantageusement de l'eau en phase liquide ou de l'eau glycolée, et dont la plaque métallique de jonction 40 constitue le couvercle. Ce fluide de refroidissement est respectivement véhiculé vers et depuis les modules de diodes par des 20 canalisations aller 44 et retour 46. Revenons à la figure 1. La source de lumière à diodes illustrée comporte quatre modules de diodes lasers aptes à former quatre conduits de lumière séparés à partir des faisceaux lumineux parallèles de chacune des diodes de ces quatre modules. Chaque module délivre une couleur 25 déterminée par la longueur d'onde des diodes identiques qui le compose et les dimensions du conduit de lumière déterminées par la dimension de la matrice et donc le nombre de ces diodes (par exemple 32 diodes vertes et 24 diodes bleues). Plus particulièrement, une première lame dichroïque 50 disposée à 45° laisse passer au travers d'elle un premier conduit de 30 lumière CL1 d'une première longueur d'onde (typiquement de 430 à 460 3031568 6 pm) correspondant à la couleur bleu primaire issu du premier module à diodes lasers 22 et réfléchit un deuxième conduit de lumière CL2 d'une deuxième longueur d'onde (typiquement de 620 à 650 pm) correspondant à la couleur rouge primaire issu du deuxième module à diodes lasers 24 5 pour former un premier conduit de lumière combinée CLC1 transportant les couleurs bleu et rouge. De même, une deuxième lame dichroïque 52 disposée aussi à 45° laisse passer au travers d'elle un troisième conduit de lumière CL3 d'une troisième longueur d'onde (typiquement de 510 à 530 pm) correspondant à la couleur verte primaire issu du troisième module à io diodes lasers 26 et réfléchit le premier conduit de lumière combinée pour former un second conduit de lumière combinée CLC2 transportant alors les trois couleurs primaires vers un miroir parabolique hors axe 54 disposé en travers de ce conduit de lumière combinée pour le réfléchir et le focaliser en un point focal déterminé PF en entrée de l'unique fibre optique de 15 sortie 30. Selon un exemple préférentiel de réalisation, la source de lumière à diodes comporte quatre modules à diodes lasers et il est donc prévu un troisième séparateur constitué d'un filtre polarisant 56 disposé en travers (c'est-à-dire faisant un angle de 45° avec l'axe central du conduit) du zo deuxième conduit de lumière CL2 transportant la lumière rouge primaire et donc le laissant passer au travers d'elle mais aussi réfléchissant un quatrième conduit de lumière CL4 de la deuxième longueur d'onde correspondant donc aussi à la couleur rouge primaire pour former un conduit de lumière combinée ne comportant toutefois que cette couleur 25 rouge primaire à destination de la première lame dichroïque 50. L'adjonction d'un second module de lumière rouge permet 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 30 combinaison d'un nombre équivalent de diodes de chaque couleur ne 3031568 7 permet pas d'obtenir un blanc de bonne qualité (notamment pour répondre aux normes DCI) d'où la nécessité de recourir à un module à diodes rouges supplémentaire pour permettre un meilleur équilibrage. Bien entendu, il est clair que selon le type des diodes mises en jeu, 5 ce module supplémentaire pourrait être d'une autre couleur que la couleur rouge. On notera qu'en disposant les trois premiers modules à diodes lasers à 90° les uns des autres, il est possible d'obtenir une configuration en carré du système optique particulièrement compacte et donc pouvant être installée sans difficulté dans des racks normalisés de type 2U à 4U, les première 50 et deuxième 52 lames dichroïques disposées elles-mêmes à 90° l'une de l'autre et le filtre polarisant 56 parallèlement à la première, occupant chacune un quadrant de ce carré, le miroir parabolique 54 occupant le dernier. 15 Bien entendu, si dans l'exemple illustré, la fibre optique de sortie 30 est disposée sur un côté donné de la configuration optique nécessitant le recours au miroir parabolique hors axe 54, il est bien évident que sa disposition, par exemple dans l'axe du second conduit de lumière combinée CLC2, ne nécessiterait alors qu'une simple lentille convergente 20 pour focaliser ce second conduit de lumière combinée comme l'illustre le schéma simplifié de la figure 3. REVENDICATIONS1. Source de lumière à diodes pour projecteur comportant au moins trois matrices de diodes supportant chacune une lentille pour former au moins trois conduits de lumière séparés de couleurs et dimensions déterminées, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre : - une première lame dichroïque (50) laissant passer au travers d'elle un premier conduit de lumière CL1 d'une première longueur d'onde délivré par la première matrice de diodes (22) et réfléchissant un io deuxième conduit de lumière CL2 d'une deuxième longueur d'onde délivré par la deuxième matrice de diodes (24) pour former un premier conduit de lumière combinée CLC1, - une deuxième lame dichroïque (52) laissant passer au travers d'elle un troisième conduit de lumière CL3 d'une troisième longueur d'onde 15 délivré par la troisième matrice de diodes (26) et réfléchissant ledit premier conduit de lumière combinée CLC1 pour former un second conduit de lumière combinée CLC2, et - un élément de focalisation (54) pour recevoir ledit second conduit de lumière combinée CLC2 et le focaliser en un point focal déterminé. 20 2. Source de lumière à diodes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre un filtre polarisant (56) laissant passer au travers de lui ledit deuxième conduit de lumière CL2 de ladite deuxième longueur d'onde et réfléchissant un quatrième conduit de lumière de ladite deuxième longueur d'onde délivré par une quatrième matrice de diodes 25 (28) pour former un conduit de lumière combinée à destination de ladite première lame dichroïque. 3. Source de lumière à diodes selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément de focalisation est un miroir parabolique hors axe (54) réfléchissant ledit second faisceau 3031568 9 lumineux combiné et le focalisant en entrée d'une unique fibre optique de sortie (30). 4. Source de lumière à diodes selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites diodes sont des diodes 5 électroluminescentes ou des diodes lasers. 5. Source de lumière à diodes selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites première, deuxième et troisième longueurs d'onde correspondent aux couleurs primaires verte, rouge et bleu. 6. Projecteur comportant une source de lumière à diodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.