FR2681407A1 - Beam lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
PROJECTEUR D'ECLAIRAGE. LIGHTING PROJECTOR.
La présente invention concerne les projecteurs d'éclairage et intéresse plus specialement les projecteurs destinés à l'éclairage des salles d'opérations chirurgicales. Elle vise à résoudre le problème des ombres portées creëes dans la zone éclairée chaque fois qu'un corps traverse le parcours des faisceaux lumineux. The present invention relates to lighting projectors and more particularly concerns projectors intended for lighting surgical operating rooms. It aims to solve the problem of the shadows cast in the illuminated area each time a body crosses the path of the light beams.
Les appareils d'éclairage pour les besoins médicaux et chirurgicaux do vent satisfaire un certain nombre de conditions particulières, Outre la composition spectrale de la lumière qui doit permettre un o bon rendu des cou I eurs les deux caractéristiques les plus importantes sont une très haute densité d'éclairement de la piage opérationnelle et l'absence d'ombre portes sur cette plage. Une autre condition importante pour des ra sons d asepsie est que, par son encombrement et l'énergie calorifique qu'il dégage, liappareil ne perturbe pas sensiblement la ventilation de la pince dans laquelle il est installe. La densite declairement doit permettre la perception des détails les plus fins et une valeur typique est un éclairement de l'ordre de 100.000 Luxe gans ces conditions i ombre portes par les instruments les mains de 1 opcrrateur ou de tout autre objet introduit sur le parcours des faisceaux lumineux provoquent une zone assombri rie du champ éclairé. Le rapport des éclairements dans le champ définit le contraste de l'ombre, la présence de ce contraste d'éclairement dans e champ d'observation provoque éblouissement et perte de perception des détails par l'opérateur. Plus l'éclairement est intense plus le contras te sera élevé, donc davantage nuisible. Il y a contradiction dans la double exigence clairement intense et faible contraste des ombres portées. Lighting equipment for medical and surgical needs must satisfy a certain number of particular conditions. Besides the spectral composition of the light which must allow a good rendering of the colors, the two most important characteristics are a very high density. of the operational path and the absence of door shadows on this beach. Another important condition for aseptic sounds is that, by its bulk and the heat energy it gives off, the device does not significantly disturb the ventilation of the clamp in which it is installed. The density of illumination must allow the perception of the finest details and a typical value is an illumination of the order of 100,000 Luxury under these conditions in the shade carried by the instruments in the hands of the operator or of any other object introduced on the course of the light beams cause a darkened area of the illuminated field. The ratio of illuminations in the field defines the contrast of the shadow, the presence of this contrast of illumination in the field of observation causes dazzling and loss of perception of details by the operator. The more intense the lighting, the higher the contrast, which will be more harmful. There is a contradiction in the clearly intense double requirement and weak contrast of the shadows.
Toutes les recherches et les réalisations pour ce type d'appareil d'éclairage ont eu pour but principal l'abaissement de ce contraste des ombres. Le principe général pour atteindre ce résultat est que la surface radiante d'énergie lumineuse soit la plus uniforme possible et vue de chaque point du champ éclairé sous l'angle solide apparent le plus grand possible. The main goal of all research and development for this type of lighting fixture has been to lower this contrast of shadows. The general principle for achieving this result is that the radiant surface of light energy is as uniform as possible and seen from each point of the illuminated field under the largest apparent solid angle possible.
Pour les applications pratiques, il convient de aire deux remarques au niveau de ce principe s ia premiers est que la surface radiante pour tre vue du champ éclairé d'un angle apparent solide très éleve ( 2 # stéradian étant la valeur limite idéale) doit être necessairement en arrière de la tête des opérateurs par rapport au champ éclairé ; la seconde que l'uniformité de brillance de la surface radiante est d'un effet secondaire par rapport å l'angle solide apparent de cette surface vue de la pi age éclairée. For practical applications, it is advisable to make two remarks at the level of this principle. The first is that the radiant surface to be seen from the illuminated field from a very high solid apparent angle (2 # steradian being the ideal limit value) must be necessarily behind the head of the operators in relation to the illuminated field; the second that the uniformity of gloss of the radiant surface is of a secondary effect with respect to the apparent solid angle of this surface seen from the illuminated part.
Plusieurs solutions ont déjà été proposées afin de diminuer notablement les ombres portees dans les projecteurs d'éclairage. Several solutions have already been proposed in order to significantly reduce the shadows cast in the lighting projectors.
La plus élémentaire est de réaliser la surface radiante par la juxtaposition d'une pluralité de projecteurs élémentaires (type phare d'automobile) comportant chacun une lampe a incandescente un retro miroir et un condenseur5 diffuseur ou rerpartiteur de flux. The most elementary is to produce the radiant surface by the juxtaposition of a plurality of elementary projectors (type automobile headlight) each comprising an incandescent lamp, a retro mirror and a condenser5 diffuser or flow distributor.
Ces projecteurs sont disposés sur un bâti formant une coupole suspendue généralement au platond de la salle par un bras orientable On augmente l'angle solide vu du champ éclaire pour une même distance de la coupole ce champ en augmentant le diamètre de la coupole, Le poids et l'encombrement de l'appareil d'éclairage limitent pratiquement le diamètre à la valeur de un mètre.These projectors are arranged on a frame forming a dome generally suspended from the plenum of the room by an orientable arm. The solid angle seen from the illuminated field is increased for the same distance from the dome. This field increases the diameter of the dome. and the size of the luminaire practically limit the diameter to the value of one meter.
Une amélioration a consiste a placer les sources de lumière (une ou deux lampes a incandescence) au centre de la coupole et des condenseurs optiques perpendiculaires a l'axe de cette coupole. Les faisceaux lumineux sont diriges sur le champ 3 éclairer par des miroirs de renvoi places a la périphérie de la coupole. Par ce moyen l'on augmente l'angle apparent pour un même diamètre de coupole. An improvement was to place the light sources (one or two incandescent lamps) in the center of the dome and optical condensers perpendicular to the axis of this dome. The light beams are directed onto the field 3 illuminated by deflection mirrors placed at the periphery of the dome. By this means the apparent angle is increased for the same dome diameter.
Mais aucune de ces solutions n'est complètement satisfaisante. But none of these solutions is completely satisfactory.
En effet aucune ne permet d'éliminer complètement le phénomène d'ombre portée et les inconvénients qui en résultent : éblouissement et perte de perception de détails par l'opérateur. Indeed, none of them completely eliminates the shadow phenomenon and the resulting drawbacks: glare and loss of perception of details by the operator.
C est pourquoi la pressente invention a pou obi objet de procurer un nouveau moyen pour supprimer radicalement le phénomène d'ombre portée dans les projecteurs d'éclairage à faisceau de grande ouverture de lumière incohérente. This is why the present invention has been able to provide a new means for radically eliminating the phenomenon of shadow cast in lighting projectors with a beam of large, incoherent light aperture.
Selon l'invention, dans un appareil d'éclairage fournissant au moins un faisceau de lumière permanente pour éclairer une plage, l'axe du faisceau lumineux est animé d'un mouvement de déplacement cyclique par rapport à un point de la plage à éclairer, la fréquence du cycle de déplacement étant telle qu'en raison de la persistence rétinienne la plage éclairée par le faisceau paraît uniformément éclairée sams variation d'intensité lumineuse. According to the invention, in a lighting device providing at least one permanent beam of light to illuminate a range, the axis of the light beam is driven by a movement of cyclic displacement relative to a point on the range to be illuminated, the frequency of the displacement cycle being such that due to the retinal persistence the range illuminated by the beam appears uniformly illuminated without variation in light intensity.
Le déplacement de l'axe du fafsceau peut être obtenu soit par le mouvement de la source elle-même ou bien par celui d'un miroir ou de tout autre composant optique réfractif placé sur le trajet du faisceau lumineux issu d la source et éclairant la plage produisant ainsi un mouvement apparent de la source. The displacement of the axis of the beam can be obtained either by the movement of the source itself or by that of a mirror or of any other refractive optical component placed in the path of the light beam coming from the source and illuminating the range thus producing an apparent movement of the source.
Par exemple le déplacement de l'axe du faisceau lumineux peut être provoqué par le déplacement de la source lumineuse elle-même par rapport à l'axe optique des composants définissant le faisceau (lentilles, dioptres, miroirs etc...) sous l'effet d'un moteur. For example, the displacement of the axis of the light beam can be caused by the displacement of the light source itself relative to the optical axis of the components defining the beam (lenses, diopters, mirrors, etc.) under the effect of an engine.
Alternativement le déplacement de l'axe du faisceau lumineux sera obtenu par un mouvement cycilque ide miroirs de renvoie
Ce mouvement cyclique des miroirs peut être obtenu par une oscillation autour d'un axe perpendiculaire a la normale de la surface réfléchissante et compris dans le pi an contenant cette surface réfléchissante, ou par excitation d'un matériau piezo-électrique supportant la face réfléchissante du miroir.Alternatively the displacement of the axis of the light beam will be obtained by a cycilque movement ide mirrors returns
This cyclic movement of the mirrors can be obtained by an oscillation around an axis perpendicular to the normal of the reflecting surface and included in the pi an containing this reflecting surface, or by excitation of a piezoelectric material supporting the reflecting face of the mirror.
De préférence le mouvement cyclique du miroir est obtenu par un moteur entraînant en rotation un miroir dont la surface réfléchissante fait un angle α par rapport à la normale à l'axe de rotation du moteur. Preferably the cyclic movement of the mirror is obtained by a motor driving in rotation a mirror whose reflecting surface makes an angle α relative to normal to the axis of rotation of the motor.
Dans tous les cas, quel que soit le moyen par lequel on obtient le déplacement de l'axe du rayen lumineux par rapport à la scène à éclairer @@ est essentiel que ce déplacement s'effectue cycliquement å une fréquence suffisante port créer l'effet de persisstence rétinienne grâce auquel la plage paraît uniformément éclairée sans variation d'intensité lumineuse. In all cases, whatever the means by which the displacement of the axis of the light ray is obtained in relation to the scene to be lit @@ is essential that this displacement takes place cyclically at a sufficient frequency to create the effect. of retinal persisstence thanks to which the range appears uniformly lit without variation of luminous intensity.
Afin de mieux faire comprendre l'invention, on va décrire maintenant un exemple non limitatif d'application à un projecteur d'éclairage spécialement destiné aux salles d'opérations chirurgicales du typa connu notamment par la brevet français n 73 3 2320 '\j' et ses deux certificats d'addition n 76 01538 et n 76 18912. To better understand the invention, we will now describe a non-limiting example of application to a lighting projector specially intended for surgical operating rooms of the typa known in particular by French patent n 73 3 2320 '\ j' and its two addition certificates n 76 01538 and n 76 18912.
Cet t a description sera faite n référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figura 1 est une coupe schématique en ai ovation d'un projecteur d'éclairage pour salles d'opérations chirurgicales selon l'invention.This description will be made with reference to the accompanying drawings in which:
FIG. 1 is a diagrammatic section in ovation of a lighting projector for surgical operating rooms according to the invention.
La figure 2 est une coupa schématique de dessus du projecteur de la figure 1. Figure 2 is a schematic sectional view from above of the projector of Figure 1.
La figura 3 est une vue schématique d'un miroir de renvoi mobile pour un projecteur selon les figuras 1 et 2
La figure 4 est une vue théorique illustrant 1 déplacement de l'axe d'un faisceau lumineux dans un projecteur selon les figures précédentes.Figure 3 is a schematic view of a movable deflection mirror for a projector according to Figures 1 and 2
Figure 4 is a theoretical view illustrating 1 movement of the axis of a light beam in a projector according to the preceding figures.
La figure 6 est la représentation théorique de la pi age eclairee par un projecteur sel on les figures précédentes. Figure 6 is the theoretical representation of the lighting lit by a salt projector on the previous figures.
Un projecteur ci éclairage spécialement destine aux salles d'opérations chirurgicales connu se compose essentiellement de l'association en étoile d'un nombre restreint d'éléments de base comportant chacun une source lumineuse, lampe à incandescence ou plasma, dont l'énergie lumineuse est recueillie par un système optique condenseur concentrant un maximun de cette énergie dans un faisceau de grande ouverture, et un élément optique qui détermine le champ d'éclairement voulu pour chaque faisceau après réflexion sur un miroir de renvoi. L'ensemble des miroirs de renvoi permet de juxtaposer les champs d'éclairement de chaque faisceau pour" fourni r la plage éclairée par le projecteur. A spotlight with lighting specially intended for known operating theaters consists essentially of the star association of a limited number of basic elements each comprising a light source, incandescent lamp or plasma, the light energy of which is collected by a condenser optical system concentrating a maximum of this energy in a beam of large aperture, and an optical element which determines the field of illumination desired for each beam after reflection on a reflecting mirror. The set of deflection mirrors makes it possible to juxtapose the lighting fields of each beam to "provide the range illuminated by the projector.
Conformément à l'invention, l'axe de chacun de ces faisceaux est animé d'un mouvement cyclique par rapport à l'axe de la plage éclairée à une frequence suffisamment élevée permettant d'atteindre la confusion des zones d'ombre portée éventuelles par la persistance rétinienne. In accordance with the invention, the axis of each of these beams is animated in a cyclic movement relative to the axis of the lit area at a sufficiently high frequency making it possible to achieve the confusion of the shadow zones, if any, retinal persistence.
Dans l'exemple représenté, le projecteur comporte :
1/ quatre éléments de base 1, 2, 3 et 4 chacun à l'intérieur d'un carter de forme ai longes rayonnant autour d'un boitier central 5 (fig 1 et 2ì. In the example shown, the projector comprises:
1 / four basic elements 1, 2, 3 and 4 each inside a casing of shape with lanyards radiating around a central box 5 (fig 1 and 2ì.
Chaque êi amant comprend
- un système optique condenseur de grande ouverture numérique, composé, dans l'exemple des figures 1 et 2, des lentilles 8 et 9 et concentrant un maximum d'énergie lumineuse dans les faisceaux 12 et 25.Every lover understands
- a large digital aperture condenser optical system, composed, in the example of FIGS. 1 and 2, of lenses 8 and 9 and concentrating a maximum of light energy in the beams 12 and 25.
- un élément optique comportant dans l'exemple précité deux lentilles 16 et 17 formant l'image de la source lumineuse dans un plan 13 a éclairer, pour chaque faisceau 12 et 25 déterminant le champ d'éclairement d'un faisceau 1umineux*
- deux miroirs de renvol 10 et 22 dirigeant les faisceaux veers le plan 13. Le miroir 22 est semi transparent pour la lumière visible et totalement transparent pour l'énergie calorifique (intra-rouge). Le faisceau initial est divise en deux faisceaux 12 et 25 par ce miroir 22 afin d'augmenter l'angle solide d'éclairage.an optical element comprising, in the aforementioned example, two lenses 16 and 17 forming the image of the light source in a plane 13 to be illuminated, for each beam 12 and 25 determining the field of illumination of a 1uminous beam *
- two return mirrors 10 and 22 directing the beams towards the plane 13. The mirror 22 is semi-transparent for visible light and completely transparent for heat energy (intra-red). The initial beam is divided into two beams 12 and 25 by this mirror 22 in order to increase the solid lighting angle.
De manière connue en soi les miroirs 22 des différents éléments 1, 2, 3 et 4 sont constitués par une plaque de verre ou autre matériau transparent approprie e" qui porte une série de zones réfléchissantes séparées les unes des autres par des zones entièrement transparentes qui laissent passer librement les rayons lumineux, ainsi que les rayons calorifiques an direction du miroir extrema 10 correspondant , le miroir 22 formant une surface réfléchissante tramée. Le miroir 10 est complètement réfléchissant pour la lumière visible et totalement transparent pour l'énergie calorifique. In a manner known per se, the mirrors 22 of the different elements 1, 2, 3 and 4 are constituted by a glass plate or other suitable transparent material e "which carries a series of reflecting zones separated from each other by entirely transparent zones which the light rays, as well as the heat rays, pass freely in the direction of the corresponding extrema mirror 10, the mirror 22 forming a raster reflecting surface, the mirror 10 is completely reflecting for visible light and completely transparent for heat energy.
Les propriétés particulières énoncées de réflexion et de transmission des miroirs sont dues à ce que les surfaces réfléchissantes des miroirs 10 et 22 sont obtenues par un système complexe de couches minces interférentielles permettant de réfléchir uniquement les rayons lumineux, tout en laissant passer les rayons calorifiques. De ce fait, la plage éclairée ne regoit pas d'énergie calorifique. Ces divers composante sont disposes les une a la suite des autres à partir des sources lumineuses 6a, 6b
Les carters de chaque élément de base 1, 2, s et 4 sont pourvus au niveau des miroirs 10 et 22 d'ouvertures en regard correspondantes 11 et d afin de permettre le passage des faisceaux lumineux 12 et 25 en direction de la plage à éclairer dans le plan 13.The stated special properties of reflection and transmission of the mirrors are due to the fact that the reflecting surfaces of the mirrors 10 and 22 are obtained by a complex system of thin interference layers making it possible to reflect only the light rays, while letting the heat rays pass. As a result, the lit beach does not receive any heat energy. These various components are arranged one after the other from the light sources 6a, 6b
The housings of each base element 1, 2, s and 4 are provided at the mirrors 10 and 22 with corresponding facing openings 11 and d in order to allow the passage of the light beams 12 and 25 in the direction of the area to be lit. in plan 13.
On voit ainsi sur la figure 1 les faisceaux 12 renvoyas par les miroirs 10 selon l'axe 14 et les faisceaux 25 renvoyés par les miroirs 22 selon l'axe 24. La référence 15 est le sommet théorique du cône formé par les axes des faisceaux 12 et 25, ce sommet étant situe sur une droite passant par le centre de la pi age à éclairer
2/ De deux sources lumineuses 6a et 6b, lampe a incandescence ou plasma : l'énergie lumineuse de chacune est captée par deux éléments de base decrits ci-dessus et places an opposition par rapport a la source.We thus see in Figure 1 the beams 12 returned by the mirrors 10 along the axis 14 and the beams 25 returned by the mirrors 22 along the axis 24. The reference 15 is the theoretical vertex of the cone formed by the axes of the beams 12 and 25, this vertex being located on a straight line passing through the center of the range to be lit
2 / From two light sources 6a and 6b, incandescent or plasma lamp: the light energy of each is captured by two basic elements described above and placed in opposition to the source.
Selon l'exemple représenté les quatre éléments de base, regroupés par paires associées chacune à une source 6a et 6b, sont réunies par un boitier central 5. According to the example shown, the four basic elements, grouped in pairs each associated with a source 6a and 6b, are brought together by a central box 5.
Les sources 6a et 6b sont excentrées par rapport au centre de ce boitier pour permettre Pe libre passage des faisceaux lumineux. The sources 6a and 6b are offset from the center of this box to allow Pe free passage of the light beams.
On voit encore sur les figures 1 et 2 que les miroirs d'extrémité 10 sont montés sur un axe entraîné en rotation par un moteur électrique i' t
Sur la figure 3 on voit également que la face réfléchissante 26 de chaque miroir d'extrémité 10 fait avec l'axe du moteur 7 un angle α par rapport à la normale à ladite face réfléchissante 26. De la sorte, lorsque le moteur 7 fait un tour, l'axe du faisceau lumineux 12 decrit dans le ptan 13 un déplacement circulaire 27 et occupe uns suite continue de positions 1, 2.....n, comme cela est illustré schématiquement sur la figure 4. It can also be seen in FIGS. 1 and 2 that the end mirrors 10 are mounted on an axis driven in rotation by an electric motor i 't
In FIG. 3 it can also be seen that the reflecting face 26 of each end mirror 10 forms an angle α with the axis of the motor 7; with respect to the normal to said reflecting face 26. In this way, when the motor 7 makes a revolution, the axis of the light beam 12 describes in ptan 13 a circular movement 27 and occupies a continuous series of positions 1, 2. .... n, as shown schematically in Figure 4.
Lorsque la vitesse de rotation est suffisante, en rai son de la persistance rétinienne, le déplacement du faisceau devient imperceptible et la plage d'éclairement paraît uniformément éclairée, la perte de l'éclairement, par rapport à la luminosité du faisceau à sa source, étant negligeable. When the speed of rotation is sufficient, due to retinal persistence, the displacement of the beam becomes imperceptible and the range of illumination appears uniformly illuminated, the loss of illumination, compared to the brightness of the beam at its source, being negligible.
Pour obtenir l'effet favorable produit par la persistence rétinienne la fréquence du cycle de rotation doit au moins être égale ä 8Hz. De préférence on adoptera une vitesse de rotation d'environ 1000 tr/mn dans un appareil tel que représenté ce qui correspond à une fréquence d'environ 16 Hz. To obtain the favorable effect produced by retinal persistence, the frequency of the rotation cycle must be at least 8 Hz. Preferably, a rotation speed of around 1000 rpm will be adopted in an apparatus as shown, which corresponds to a frequency of around 16 Hz.
Sur la figure 4 est représentée la disposition relative des huit faisceaux 12 et 25, dans 1 et appareil qui vient d'être décrit, a uti moment To origines quatre faisceaux fixes 25 réflechis par les miroirs trames 22 et quatre faisceaux mobiles 12 réfléchis par les miroirs tournants 10
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d d'être a décrit mais englobe tout appareil ci éclairage comportant au moins un faisceau de lumière incohérente dont l'axe est animé d'un mouvement de déplacement cyclique par rapport a un point de i a playe a éclairer, la fréquence du cycle étant telle qu'en raison de la persistence rétinienne la plage éclairée paraît uniformément éclairée sans variation d'intensité lumineuse. In FIG. 4 is shown the relative arrangement of the eight beams 12 and 25, in 1 and the apparatus which has just been described, at the time of origin four fixed beams 25 reflected by the frame mirrors 22 and four mobile beams 12 reflected by the rotating mirrors 10
The invention is not limited to the embodiment which has just been described but includes any lighting device comprising at least one beam of incoherent light whose axis is driven by a movement of cyclic displacement by relative to a point of play to be illuminated, the frequency of the cycle being such that due to the retinal persistence the lit area appears uniformly lit without variation of light intensity.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9111476A FR2681407A1 (en) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | Beam lighting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9111476A FR2681407A1 (en) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | Beam lighting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2681407A1 true FR2681407A1 (en) | 1993-03-19 |
Family
ID=9417044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9111476A Withdrawn FR2681407A1 (en) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | Beam lighting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2681407A1 (en) |
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| GB2293872A (en) * | 1994-10-08 | 1996-04-10 | Ian Reid Lewis | Apparatus for emitting a beam of radiation |
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