WO1990011545A1 - Dispositif illuminateur a haut rendement d'eclairement - Google Patents

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WO1990011545A1
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revolution
light source
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frustoconical sleeve
transparent
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Michel Blanc
René Henri
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Michel Blanc
Henri Rene
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
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    • G03B21/20—Lamp housings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source

Definitions

  • the present invention relates to an illuminating device, with high lighting efficiency which is particularly applicable to image projectors of the cinema projectors, slide projectors, overhead projectors and the like, and which can also be used in lighting devices.
  • FIG. 1 of the accompanying drawings The currently known illuminating devices, used for projecting images, are composed as illustrated diagrammatically in FIG. 1 of the accompanying drawings:
  • a light source (1) such as for example an incandescent lamp, a halogen lamp and the like;
  • an object plane (6) such as a slide film, a cinematographic film and the like
  • projection pupil a projection objective (7) called "projection pupil”.
  • this assembly is housed in a case or casing not shown.
  • the illumination in the plane of the slide (6) is considered to be uniform since in general there is a difference of less than 30% between the illumination at the center of the slide and the illuminance at edges thereof; in addition, the light rays are concentrated in the pupil (7) of the lens used to reform the image of the slide on a screen (E).
  • FIG. 2 of the accompanying drawings A variant of the device which has just been described, and which is used in particular in cinema projectors, is shown diagrammatically in FIG. 2 of the accompanying drawings. It comprises the light source (1) housed in a mirror (2) preferably parabolic with dichroic treatment making it possible to eliminate a large part of the infrared rays emitted by this light source.
  • This set is simply followed by a heat filter (4), then by the object plane (6) (which in this case is the cinematographic film) placed in the plane of the image of the filament given by the parabolic mirror (2) .
  • the light rays coming from the object (6) then pass, as before, the projection objective (pupil) (7) to be finally received on the screen (E).
  • the light output is still around 5%.
  • the present invention aims to achieve, from a light source of the same type and of the same power as in the known devices recalled above, a lighting efficiency much greater than 5% or vice versa. same illumination as with known devices but with a light source of much lower power than that used in these devices.
  • the device according to the invention which is essentially characterized in that it comprises a light source housed in a mirror of revolution, a frustoconical sleeve and a plano-convex lens disposed between this light source and the device image holder to be projected followed by the projection objective.
  • the mirror of revolution is advantageously parabolic, elliptical or hemispherical and preferably parabolic;
  • the light source is preferably placed on the axis of revolution of said mirror;
  • the frustoconical sleeve is of revolution and it is placed so that its axis of revolution coincides with that of the mirror of revolution;
  • the diameter of the face of the truncated cone situated on the side of the light source is less than, equal to or greater than the diameter of the face situated on the side of the object-holding device;
  • plano-convex lens is of revolution and it is placed so that its axis of revolution also coincides with that of the mirror of revolution; - a heat filter is optionally provided between the light source and the frustoconical sleeve.
  • FIGS. 1 and 2 are, as indicated above, schematic representations of known illuminating devices
  • FIG. 3 is a schematic representation of an illuminating device according to the invention.
  • the mirror (2) is preferably parabolic of revolution and with dichroic treatment.
  • the light source (1) can be of any known type. It is preferably placed on the axis of revolution (X-Y) of the mirror (1) and if possible in its focus. According to the simplest embodiment, the frustoconical sleeve (8) is directly crossed by the light rays emitted by said source (1).
  • the essential characteristic that the truncated cone (8) must have in order to obtain the expected result is that its internal walls are as reflective as possible.
  • This efficiency represents at least five times the importance of that obtained from a light source of the same type and of the same power from a device of the technique currently known.
  • the mirror of revolution (2) as well as the truncated cone (8) which may be made of white glass, of optical quality plastic of the methacrylate or polycarbonate type. , made of polished-reflective metal, etc ... the important characteristics to be given to it being the maximum transmission of any light ray entering the cone as well as the maximum reflection on the internal walls, or even a total reflection of any light ray reaching said walls.
  • the illuminator which is the subject of the present invention can be used in numerous applications where intense illumination is sought. It also allows such illumination but cold (without infrared) on a more or less large area, of course, the shape of the inlet and outlet faces and the dimensions of the side walls of the frustoconical sleeve (8).

Abstract

Le dispositif illuminateur à haut rendement d'éclairement selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend une source lumineuse (1) logée dans un miroir (2), un manchon tronconique transparent (8) disposé entre cette source lumineuse et une lentille plan-convexe (5), éléments auxquels il est associé un dispositif porte-image (6) et un objectif de projection (7) dans le cas des appareils de projection d'images.

Description

" Dispositif illuminateur à haut rendement d'éclairement"
La présente invention concerne un dispositif illuminateur, à haut rendement d' éclairement particulièrement applicable aux projecteurs d'image du type projecteurs de cinéma, projecteurs de diapositives, rétroprojecteurs et analogues, et pouvant aussi être utilisés dans les appareils d'éclairage.
Les dispositifs illuminateurs actuellement connus, servant à la projection d'images, se composent comme illustrés schématiquement à la figure 1 des dessins annexés :
- d'une source lumineuse (1) comme par exemple une lampe à incandescence, une lampe halogène et analogue ;
- d'un miroir (2) réfléchissant, du type parabolique, elliptique ou sphérique ;
- d'une lentille (3) asphérique ;
- d'un filtre anticalorique (4) ;
- d'une lentille plan-convexe (5) ;
- d'un plan-objet (6) tel qu'une pellicule de diapositive, un film cinématographique et analogue, et enfin
- d'un objectif de projection (7) dit "pupille de projection".
Bien entendu, cet ensemble est logé dans un boitier ou carter non représenté.
Dans un tel dispositif, l'eclairement dans le plan de la diapositive (6) est considéré comme étant uniforme du fait qu'en général on constate un écart inférieur à 30% entre l'eclairement au centre de la diapositive et l'eclairement aux bords de celle-ci ; en outre, les rayons lumineux sont concentrés dans la pupille (7) de l'objectif servant à reformer l'image de la diapositive sur un écran (E).
On a représenté sur les dessins annexés, par des flèches, le trajet des rayons lumineux émis par la source (1).
Les mesures du rendement lumineux effectuées sur un tel système montrent que ce rendement est en général de l'ordre de 5%, ce qui veut dire que 5% seulement des rayons émis par la source (1) passent dans la pupille (7) de l'objectif de projection et se retrouvent dans l'image formée sur l'écran (E).
Une variante du dispositif qui vient d'être décrit, et que l'on utilise notamment dans les projecteurs de cinéma, est schématisée à la figure 2 des dessins annexés. Elle comporte la source lumineuse (1) logée dans un miroir (2) de préférence parabolique à traitement dichroique permettant d'éliminer une grande partie des rayons infrarouges émis par cette source lumineuse.
Cet ensemble est simplement suivi d'un filtre anticalorique (4), puis du plan-objet (6) (qui est dans ce cas le film cinématographique) placé dans le plan de l'image du filament donné par le miroir parabolique (2). Les rayons lumineux provenant de l'objet (6) traversent ensuite, comme précédemment, l'objectif de projection (pupille) (7) pour être enfin reçus sur l'écran (E).
Or il s'avère que dans cette variante, le rendement lumineux est encore de l'ordre de 5% .
La présente invention vise par contre d'atteindre, à partir d'une source lumineuse de même type et de même puissance que dans les dispositifs connus rappelés ci-dessus, un rendement d'éclairement bien supérieur à 5% ou inversement d'obtenir le même éclairement qu'avec les dispositifs connus mais avec une source lumineuse de puissance bien inférieure à celle utilisée dans ces dispositifs.
Ces buts sont atteints en réalisant le dispositif selon l'invention qui est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend une source lumineuse logée dans un miroir de révolution, un manchon tronconique et une lentille plan-convexe disposés entre cette source lumineuse et le dispositif porte-image à projeter suivi de l'objectif de projection.
Suivant d'autres caractéristiques :
- le miroir de révolution est avantageusement parabolique, elliptique ou hémisphérique et de préférence parabolique ;
- la source lumineuse est placée de préférence sur l'axe de révolution dudit miroir ;
- le manchon tronconique est de révolution et il est placé de manière que son axe de révolution coincide avec celui du miroir de révolution ;
- les parois internes du manchon tronconique seront réfléchissantes et à réflexion totale ;
- le diamètre de la face du tronc de cône située du côté de la source lumineuse est inférieur, égal ou supérieur au diamètre de la face située du côté du dispositif porte-objet ;
- la lentille plan-convexe est de révolution et elle est placée de manière que son axe de révolution coincide lui aussi avec celui du miroir de révolution ; - un filtre anti-calorique est éventuellement prévu entre la source lumineuse et le manchon tronconique.
D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1 et 2 sont, comme indiqué précédemment, des représentations schématiques de dispositifs illuminateurs connus, et
- la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif illuminâteur conforme à l'invention.
En se référant à cette figure 3, le miroir (2) est de préférence parabolique de révolution et à traitement dichroique.
On peut, bien entendu, le prévoir aussi elliptique ou hémisphérique. La source lumineuse (1) peut être de tout type connu. Elle est de préférence placée sur l'axe de révolution (X-Y) du miroir (1) et si possible en son foyer. Suivant la forme de réalisation la plus simple, le manchon tronconique (8) est directement traversé par les rayons lumineux émis par ladite source (1).
En outre, il sera avantageusement disposé de façon, d'une part que son axe de révolution soit confondu avec celui (X-Y) du miroir de révolution (2) et que, d'autre part le diamètre de sa face située du côté de la source lumineuse soit inférieur, égal ou supérieur au diamètre de la face située du côté du dispositif porte-image (6).
Une amélioration que l'homme du métier comprendra aisément consiste à intercaler sur le trajet de ces rayons un filtre anticalorique (4).
La caractéristique essentielle que doit présenter le tronc de cône (8) pour obtenir le résultat escompté est que ses parois internes soient les plus réfléchissantes possibles.
On constate, en effet, que la présence de ce manchon tronconique à parois internes réfléchissantes conduit, de façon imprévisible et inattendue, à une augmentation très importante du rendement lumineux lorsque les rayons provenant dudit manchon servent à illuminer l'objet (6) pour projeter l'image de celui-ci sur l'écran (E) après avoir traversé l'objectif (7).
C'est ainsi que lorsqu'un ensemble dont les éléments constitutifs ont été définis ci-dessus est réalisé au sein d'un tube-carter non représenté avec simplement un tronc de cône de révolution (8) en matière transparente, dont l'axe de révolution coincide avec l'axe (X-Y) du miroir de révolution (2), et dont les dimensions sont telles que, associé à la lentille plan-convexe (5) l'eclairement soit uniforme dans le plan de l'objet (6) (diapositive ou film), les rayons lumineux résultant étant collectés par l'objectif (7), on obtient un rendement lumineux sur l'écran (E) d'au moins 25% .
Ce rendement représente au moins cinq fois l'importance de celui obtenu à partir d'une source lumineuse de même type et de même puissance d'un dispositif de la technique actuellement connue.
Ceci autorise du reste à dire qu'inversement, on peut obtenir un éclairement égal à celui de ces dispositifs connus avec une source de puissance cinq fois moindre ou plus.
Cela constitue un progrès incontestable.
Bien entendu, on peut améliorer encore les résultats suivant les cas, tenant compte des dimensions et de la nature des matériaux dont on dispose.
On pourra alors réaliser, en fonction de ces dimensions et de ces matériaux, le miroir de révolution (2) de même que le tronc de cône (8) qui pourra être en verre blanc, en matière plastique de qualité optique du type méthacrylate ou polycarbonate, en métal poli-réfléchissant, etc... les caractéristiques importantes à lui conférer étant le maximum de transmission de tout rayon lumineux entrant dans le cône ainsi que le maximum de réflexion sur les parois internes, voire une réflexion totale de tout rayon lumineux atteignant lesdites parois.
De la sorte, le maximum de rayons lumineux voire leur totalité seront guidés et dirigés à travers la lentille (5) vers l'objectif (7) avec un éclairement uniforme dans le plan de l'objet (6).
On comprendra aisément que l'illuminateur, objet de la présente invention, pourra être utilisé dans de nombreuses applications où un éclairement intense est recherché. Il permet de plus un tel éclairement mais froid (sans infrarouges) sur une surface plus ou moins grande suivant, bien entendu, la forme des faces d'entrée et de sortie et des dimensions des parois latérales du manchon tronconique (8).
Il va du reste de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif, et que toute modification pourra y être apportée sans sortir de son cadre.

Claims

REVE ND I CAT I ON S
1. Dispositif illuminateur à haut rendement d'éclairement applicable notamment aux appareils de projection d'image, essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend une source lumineuse (1) logée dans un miroir de révolution (2), un manchon tronconique transparent (8) disposé entre cette source lumineuse et une lentille planconvexe (5), applicable notamment aux appareils de projection d'image dans lesquels il est associé aux précédents éléments un dispositif porte-images (6) et un objectif de projection (7).
2. Dispositif selon la revendication (1), caractérisé par le fait que le miroir de révolution (2) est parabolique, elliptique ou hémisphérique, de préférence parabolique.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la source lumineuse (1) est placée de préférence sur l'axe de révolution dudit miroir (2).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ledit manchon tronconique transparent (8) est de préférence de révolution et qu'il est placé de manière que son axe de révolution coïncide avec celui dudit miroir de révolution.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les parois internes dudit manchon tronconique transparent (8) sont réfléchissantes par réflection totale interne.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le diamètre de la face du manchon tronconique transparent située du côté de la source lumineuse est inférieur, égal ou supérieur au diamètre de la face située du côté du dispositif porte-objet (6).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'un filtre anticalorique (4) est prévu entre ladite source (1) et ledit manchon tronconique transparent (8).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la lentille (5) est planconvexe, asphérique, de type FRESNEL ou à multi-facettes.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait, que la source est un filament. incandescent, en atmosphère neutre, halogène ou autre, un tube fluorescent, une lampe à décharge ou une diode électroluminescente.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le manchon tronconique transparent (8) et la lentille (5) sont, en cas de nécessité, assemblés en une pièce unique.
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