FR2834772A1 - Dispositif d'eclairage, installation correspondante et son utilisation - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif d'éclairage d'un objet comporte une source de lumière (12) adaptée pour émettre des premiers (Fλ0) et seconds (Fλmin , Fλmax) faisceaux électromagnétiques, lesdits premiers faisceaux (Fλ0) ayant une longueur d'onde qui est située dans un premier domaine compris dans le spectre visible, lesdits seconds faisceaux (Fλmin , Fλmax) ayant une longueur d'onde (λmin , λmax) située en dehors dudit premier domaine. Le dispositif comporte un collecteur de flux (14) adapté pour diriger les faisceaux vers le champ à éclairer (4).Le collecteur de flux (14) comprend un élément optique diffractif (16) disposé dans la marche des faisceaux de la source de lumière (12) vers le champ à éclairer (4).Application aux dispositifs d'éclairage dans les salles d'opération.
Description
s bouteille de gaz.
La présente invention concerne un dispositif d'éclairage d'un objet, du type comportant une source de lumière adaptée pour émettre des premiers et seconds faisceaux électromagnétiques, lesdits premiers faisceaux ayant une longueur d'onde qui est située dans un premier domaine compris dans le spectre visible, lesUits seconds faisceaux ayant une longueur d'onde si-
tuée dans un second domaine qui se trouve en deLors dudit premier do-
maine, I'objet étant sensible aux seconds faisceaux, et un collecteur de flux ayant une distance image de référence desdits premiers faisceaux, et étant
adapté pour diriger les faisceaux vers un champ à éclairer de l'objet.
Elle s'applique notamment aux dispositifs d'éclairage dans des salles d'opérations. On connaît des dispositifs d'éclairage utilisés dans des salles d'opérations. De tels dispositifs sont utilisés afin d'éclairer le champ
d'intervention du médecin sur le patient.
Les sources lumineuses utilisées à cet effet émettent des rayons d'un spectre qui couvre itinfrarouge (IR), I'ultraviolet (UV), ainsi que le spectre visible. Cependantj les tissus du patient à l'emplacement d'intervention sont
très sensibles aux rayons infrarouges et ultraviolets.
C'est pourquoi les dispositifs d'éclairage du champ d'intervention
comportent des filtres IR et UV, afin d'éliminer ces domaines du spectre.
Toutefois, ces filtres sont très coûteux.
L'invention a pour but de proposer un dispositif d'éclairage peu coû teux, qui permette d'éclairer un objet sensible à un domaine du spectre avec
un faible risque de dégradation.
A cet effet, I'invention a pour objet un dispositif du type précité, carac térisé en ce que le collecteur de flux comprend au moins un élément optique diffractif disposé dans la marche des faisceaux de la source de lumière vers
le champ à éclairer.
Selon des modes particuliers de réalisation, le dispositif selon I'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: le premier domaine est délimité par des premières longueurs d'onde limite inférieure et supérieure, ces deux premières longueurs d'onde définis sant une longueur d'onde moyenne, ledit second domaine est délimité par au moins une seconde longueur d'onde limite, et la distance image du col lecteur de flux de la longueur d'onde moyenne et la distance image du col lecteur de flux de ladite seconde longueur d'onde limite diffèrent l'une de l'autre d'au moins 10% de la distance image de la longueur d'onde moyenne; - les premières longueurs d'onde limite inférieure et supérieure sont comprises entre 400 nm et 650 nm, et notamment entre 500 et 600 nm; le premier domaine a une largeur de spectre d'au minimum 100 nm et de préférence d'au maximum 400 nm; - ladite seconde longueur d'onde limite est inférieure à 400 nm ou su périeure à 650 nm; - I'élément optique diffractif présente une longueur d'onde de réfé rence comprise dans ledit premier domaine, notamment entre 450 nm et 650 nm, et de préférence comprise entre 500 nm et 600 nm; - la distance focale de l'élément optique diffractif en fonction de la longueur d'onde est inversement proportionnelle à la longueur d'onde; - la distance focale de l'élément optique diffractif en fonction de la longueur d'onde est f()=foi;'0, o fO est la distance focale de référence et l0 est la longueur d'onde de référence de l'élément optique diffractif; - le radiant énergétique du dispositif est inférieur à 6mW/m21Lux, et de préférence inférieur à 4mWlm21Lux; et - le dispositif est un dispositif d'éclairage d'un patient, notamment
destiné à être installé dans une salle d'opération.
L'invention à en outre pour objet une installation comprenant un sup port pour un objet à éclairer, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre
un dispositif d'éclairage tel que défini ci-dessus.
Selon un mode particulier de réalisation, I'installation comporte la ca ractéristique suivante: le dispositif d'éclairage et le support sont mobiles l'un par rapport à l'autre de telle sorte que leur distance mutuelle est réglable, et elle comprend des moyens de limitation du déplacement relatif entre le sup port et le dispositif d'éclairage, ces moyens de limitation étant adaptés pour empêcher un déplacement du support à une distance du collecteur de flux qui est sensiblement différente de la distance image de référence du collec
teur de flux.
Par ailleurs, I'invention a pour objet l'utilisation d'un dispositif tel que défini ci-dessus pour éclairer un champ à éclairer, caractérisée en ce que: - on dispose l'objet à éclairer avec son champ à éclairer à une dis tance qui est sensiblement égale à ia distance image de référence du collec teur de flux; et
- on éclaire le champ d'éclairage par le dispositif d'éclairage.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux des sins sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique d'une installation d'éclairage selon l'invention; - la Figure 2 est un graphique montrant la distance focale et le ren lS dement de la lentille diffractive de l'installation de la Figure 1 en fonction de la longueur d'onde; - la Figure 3 est un graphique montrant le spectre d'un exemple d'une ampoule halogène utilisée pour l'installation de la Figure 1; et - les Figures 4 à 6 sont des graphiques montrant les rapports entre
différentes paramètres du dispositif selon l'invention.
Sur la Figure 1 est représentée une installation selon l'invention, dé
signée par la référence générale 2.
Cette installation 2 est utilisée dans le domaine médical pour permet tre à un chirurgien d'intervenir sur un patient 3, notamment dans un champ
d'intervention 4 éclairé par l'installation.
L'installation 2 comprend un dispositif d'éclairage 8 et une table d'opération 10. Le dispositif d'éc!airage 8 est constitué d'une source de lu
mière 12 et d'un collecteur de flux diffractif 14.
Le patient 3 est allongé sur la table d'opération 10. Le champ
d'intervention 4 est défini approximativement par le plan PO.
La source de lumière 12 est considérée comme étendue et est dispo sée audessus du patient 3. Elle émet des faisceaux de rayons électroma
gnétiques vers le patient.
La source de lumière 12 est une ampoule qui émet des rayons dont la
longueur d'onde est située dans le domaine visible, dans le domaine ultra-
violet (UV) et dans le domaine infrarouge (IR).
Un exemple d'une telle source de lumière 12 est une ampoule tung stènehalogène du type HLX 64638 de l'entreprise OSRAM. Le spectre d ' u ne tel le am pou le est représentée su r la Fig u re 3. L' i ntensité maxi ma le d u
flux lumineux de l'ampoule se trouve à 900 nm. Comme il ressort de la Fi-
gure 3, environ 20% de l'énergie électromagnétique émise par cette am-
poule est contenue dans le spectre visible (400 nm à 800 nm). Le reste de
I'énergie émise se trouve dans les spectres ultraviolet et infrarouge.
Uniquement les rayons compris dans le spectre visible sont utiles ef-
fectivement à l'éclairage du champ d'intervention 4, tandis que les rayons
infrarouges et ultraviolets sont nuisibles à ce dernier à cause des échauffe-
ments des tissus.
Le collecteur de flux 14 est disposé entre la source de lumière 12 et le patient 3, à une distance X de la source de lumière 12. Le plan optique P du collecteur de flux 14 s'étend parallèlement au plan P0. Le collecteur de flux 14 permet, d'une part, de guider et de focaliser les faisceaux visibles sur le champ d'intervention 4, et, d'autre part, d'atténuer dans le champ
d'intervention les faisceaux UV/IR nuisibles.
Pour des raisons de simplicité, dans le cas présent, le collecteur de
flux 14 est constitué d'une lentille diffractive 16 dont le plan optique est co-
planaire au plan P En variante, le collecteur de flux 14 comporte en outre d'autres éléments optiques connus, par exemple des miroirs paraboliques, qui collectent le flux de faisceaux de la source de lumière 12, ou bien une
lentille ou tout autre composant optique.
La lentille diffractive 16 a une longueur d'onde de référence \0, située dans le spectre visible, par exemple \0 = 550 nm. La longueur d'onde de référence est la longueur d'onde pour laquelle le rendement de la lentille est maximal. Cette longueur d'onde de référence est située de préférence entre
450 nm et 650 nm, notamment entre 550 nm et 650 nm.
La distance focale de référence de cette lentille, c'est-à-dire la dis-
tance pour le rayonnement dont la longueur d'onde est la longueur d'onde
de référence, est notée f(\O) = fO.
La distance focale de la lentille diffractive 16 est inversement propor tionnelle à la longueur d'onde. En l'occurrence, la distance focale f de la len tille en fonction de la longueur d'onde est f()=fOi, . Cette relation est représentée par la courbe C1 de la Figure 2 pour une lentille diffractive de
longueur d'onde de référence \0 égale à 550 nm.
Le rendement idéal q() de la lentille 16 en fonction de la longueur d'onde est donné par la formule '7()=(sin(,(O1o,)))). Le rendement réel est représenté par la courbe C2 de la Figure 2. Pour la longueur d'onde de
référence X0, le rendement réel de la lentille 16 est de 0,94.
Comme montré sur la Figure 1, le champ d'intervention 4 est situé à une distance do du plan P de la lentille diffractive 16. Cette distance do est choisie identique à, ou à tout le moins très proche de la distance image de
référence XAO du collecteur de flux 14 définie par la formule X1 +X=f-.
Dans ce qui suit, les allures de trois faisceaux F>o, F>mjn et Fmax de
différentes longueurs d'onde X0, min = 0,5 x lo, et max = 2 x \0 seront décri-
tes. De façon générale, le faisceau F;o présente une longueur d'onde qui est située dans un premier domaine spectral compris dans le spectre visible, tandis que les faisceaux F;mjn et FmaX présentent des longueurs d'onde qui sont situées en dehors de ce premier domaine spectral. Le premier domaine est par exemple compris entre des longueurs d'onde limites inférieure A' = 400 nm et supérieure = 800 nm, et notamment entre 500 nm et 600 nm. Le premier domaine a une largeur de spectre comprise entre 100 nm et 400 nm. Les longueurs d'ondes limites définissent également une longueur
d'onde moyenne 2=22. Dans le dernier cas, =5 nm2+6 nm=550nm.
De préférence, la longueur d'onde moyenne est choisie sensiblement identique à la longueur d'onde de référence X0 Pour l'exemple donné \0 =
550 nm (visible), min= 275 nm (ultraviolet), et max = 1100 nm (infrarouge) .
Comme il ressort de la Figure 1, le faisceau Fo est focalisé sur le champ d'éclairage 4 qui se trouve dans le plan PO. En conséquence, I'éclairement spectrique ddE2() du faisceau Fo de longueur d'onde X0 est maximale dans le plan PO, ce qui conduit à un bon éclairage du champ d'intervention 4 à éclairer. De plus, le rendement de la lentille diflractive 16 pour le faisceau Fo est proche de 0,94 (voir courbe C2 de la Fig. 2). Ainsi,
ce faisceau F;.o n'est atténué que très peu.
La distance focale fmin de la lentille diffractive 16 est 2 x fO pour le faisceau F'mjn de longueur d'onde imin. Ce faisceau F>mjn est donc focalisé sur un plan Pmjn, qui se trouve, vu à partir de la source de lumière 12, der rière le plan PO, à une distance de X'min du plan P. Cette distance X,,mjn est la distance image du collecteur de flux pour les rayons de longueur d'onde min. A l'emplacement du plan PO, le faisceau Fmjn est distribué sur une ta che de diamètre dÀmjn, ce qui rend l'éclairement spectrique ddE2() du fais ceau Fmjn faible à cet emplacement. De plus, comme il ressort de la Figure 2, le rendement (\min = 275 nm) de la lentille diffractive pour ces faisceaux Fmjn est de l'ordre de 1%. 99% de l'intensité de ce faisceau est donc réflé chie en partie par la lentille diffractive 16 vers l'intérieur du dispositif d'éclairage. Le faisceau F;,maX de longueur d'onde max est focalisé sur un plan PmaX, situé à une distance X;"maX de la lentille diffractive 16, qui est la moitié de la distance X,O entre la lentille diffractive 16 et le plan PO. Lorsque le fais ceau F'max rencontre le plan PO, il est réparti sur une tache de diamètre dmax. L'éclairement spectrique du faisceau F,max incidant sur le plan PO est alors faible pour une intensité donnée de la source de lumière 12 dans ce domaine du spectre. De plus, comme ii ressort de la Figure 2, la lentille dif
fractive présente un rendement (\max = 1100 nm) d'environ 40%.
Les longueurs d'onde limites des premier et second domaines sont choisies de telle sorte que la distance image de ia longueur d'onde limite du
second domaine diffère d'au moins 10% de la distance image de la lon-
gueur d'onde moyenne.
Le radiant énergétique RE est le rapport de l'éclairement énergétique
à l'éclairement visuel du champ à éclairer 4. Ce radiant est défini par la for-
mule: 2800nm _ RE SOOn dE A O Km = 683 Im w 400nm [ di j;
et V = courbe de référence de l'coil donnée par Cl.
Dans le domaine médical, le radiant énergétique RE d'un dispositif d'éclairage doit être le plus faible possible. En tout état de cause il doit être
inférieur à 6 mWlm211ux, et de préférence inférieur à 4 mWlm2/lux.
Sur la Figure 4, il est représenté le radiant énergétique RE de l'installation 2, en fonction de la longueur d'onde de référence \0 de la lentille diffractive 16. L'abscisse indique la longueur d'onde de référence \0, tandis que l'ordonnée indique le radiant énergétique RE. Comme il ressort de la Figure 4, pour une longueur d'onde de référence de 550 nm, le radiant
énergétique est 1,75. Il reste inférieur à 6 pour des longueurs d'onde de ré-
férence compris entre 400 nm et 620 nm.
Par ailleurs, pour des dispositifs d'éclairage du domaine médical, il est nécessaire que la transmission moyenne soit supérieure à 50%. La transmission est le rapport du flux à l'entrée de la lentille diffractive 16 au
flux à la sortie de cette lentille.
Le flux en entrée est idFd',' =5dd ,rCe] G. et le flux à la sortie est dFe = 71df T 1 G avec: d()=(sin((2o-))) rpest la transmission de la matière de la lentille diffractive [en %], Surfacedelasourcedelumière(12) xSurfacedelulentillediffractive(1 6)
et G= --
(Distancéentresourcedelumièreetlentillediffractive())2 (I'étendu géométrique du système optique [en m2]) Sur la Figure 5, il est porté en ordonnée la transmission de la lentille, tandis que l'abscisse indique la longueur d'onde de référence \0. La trans mission atteint un maximum de 63% avec une lentille diffractive de X0 = 650 nm. Sur la Figure 6, est représenté le radiant énergétique RE en fonction de la focale de référence. La distance do entre le champ d'intervention 4 et la lentille diffractive est maintenue constante à 1000 mm et donc x 111 mm pour focale fO de 100 mm. De même, la longueur d'onde de référence X0 de
la lentille diffractive 16 est maintenue constante.
Le radiant énergétique RE augmente avec la distance focale fO de ré
férence pour un plan objet PO situé à 1 m.
Il est à noter que le dispositif selon l'invention peut s'appliquer à d'autres domaines que l'éclairage d'un champ d'opération, par exemple
l'éclairage d'_uvres d'art dans un musée.
L'installation comporte par ailleurs un dispositif de sécurité qui assure que le patient 3, ou plus précisément ie champ d'éclairage 4, ne puisse pas être mis dans le plan focal Pmjn/Pmax des faisceaux UV/IR. En l'occurrence, ce dispositif de sécurité est constitué de deux butées 20, 22 qui limitent le déplacement du dispositif d'éclairage 8 de telle sorte que le patient ne
puisse pas être mis dans les plans focaux Pmjn/Pmax.
Les butées 20, 22 empêchent un déplacement du support 10 et donc du champ d'éclairage 4 à une distance du collecteur de flux 14 qui est net tement différente de la distance image de référence. Ainsi, les butées 20, 22 assurent que la distance entre le collecteur du flux 14 et le patient 3 reste
sensiblement égale à la distance image X\O de référence.
Claims (13)
1. Dispositif d'éclairage d'un objet (3), du type comportant - une source de lumière (12) adaptée pour émettre des premiers et seconds faisceaux électromagnétiques, lesdits premiers faisceaux (Fo) ayant une longueur d'onde qui est située dans un premier domaine compris dans le spectre visible, lesUits seconds faisceaux (F>mjn, Fmax) ayant une longueur d'onde (\min imax) située dans un second domaine qui se trouve en dehors dudit premier domaine, I'objet (3) étant sensible aux seconds faisceaux (Xmin XÀmin); et - un collecteur de flux (14) ayant une distance image de référence (X)\O) desdits premiers faisceaux, et étant adapté pour diriger les faisceaux (F;,o, F',mjn' F;maX) vers un champ à éclairer (4) de l'objet (3), caractérisé en ce que le collecteur de flux (14) comprend au moins un élément optique diffractif (16) disposé dans la marche des faisceaux de la
source de lumière (12) vers le champ à éclairer (4).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier domaine est délimité par des premières longueurs d'onde limite inférieure (\j) et supérieure (\s)' ces deux premières longueurs d'onde définissant une longueur d'onde moyenne (2), en ce que ledit second domaine est délimité par au moins une seconde longueur d'onde limite, et en ce que la distance image du collecteur de flux (14) de la longueur d'onde moyenne et la dis tance image du collecteur de flux (14) de ladite seconde longueur d'onde limite diffèrent l'une de l'autre d'au moins 10% de la distance image de la
longueur d'onde moyenne.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pre mières longueurs d'onde limite inférieure (\j) et supérieure (\s) sont compri
ses entre 400 nm et 800 nm, et notamment entre 500 et 600 nm.
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le premier domaine a une largeur de spectre d'au minimum 100 nm et de pré
férence d'au maximum 400 nm.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caracté
risé en ce que ladite seconde longueur d'onde limite est inférieure à 400 nm
ou supérieure à 650 nm.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
scaractérisé en ce que l'élément optique diffractif (16) présente une longueur d'onde de référence (70) comprise dans ledit premier domaine, notamment
entre 450 nm et 650 nm, et de préférence comprise entre 500 nm et 600 nm.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la distance focale de l'élément optique diffractif (16) en fonction de la longueur d'onde est inversement proportionnelle à la lon
gueur d'onde.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la distance focale f de l'élément optique diffractif (16) en fonction de la longueur d'onde () est fri)=f 22 , o fO est la distance focale de référence et \0 est la longueur d'onde de référence de l'élément
optique diffractif (16).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le radiant énergétique (RE) du dispositif est inférieur à
6mWlm2/Lux, et de préférence inférieur à 4mWlm21Lux.
2010. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il est un dispositif d'éclairage d'un patient, notamment
destiné à être installé dans une salle d'opération.
11. Installation comprenant un support (10) pour un objet (3) à éclai rer, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif d'éclairage (8)
selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que le dispositif d'éclairage (8) et le support (10) sont mobiles l'un par rapport à l'autre de telle sorte que leur distance mutuelle est réglable, et en ce qu'elle comprend des moyens de limitation (20, 22) du déplacement relatif entre le support (10) et le dispositif d'éclairage (8) , ces moyens de limitation (20, 22) étant adaptés pour empêcher un déplacement du support (10) à une dis tance du collecteur de flux (8) qui est sensiblement différente de la distance
image de référence (X,O) du collecteur de flux (14).
13. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 10 pour éclairer un champ à éclairer (4), caractérisée en ce que: - on dispose l'objet à éclairer (3) avec son champ à éclairer (4) à une distance qui est sensiblement égale à la distance image de référence (XIO) du collecteur de flux (14); et
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- 2002-01-17 FR FR0200559A patent/FR2834772B1/fr not_active Expired - Fee Related
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- 2003-01-16 WO PCT/FR2003/000137 patent/WO2003060376A2/fr not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2834772B1 (fr) | 2004-04-16 |
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