Les secrets du moteur LED du Cameo P6

Un regard en coulisses sur la façon dont un moteur LED est développé dans le département de développement de Cameo, en prenant l'exemple du projecteur Profile P6.

Au départ, notre seul objectif était de remplacer les spots Profile (découpes) de 2,5 kW qui avaient fait leurs preuves sur les grills d'éclairage des théâtres. Ce simple critère conduisait le nouvel appareil à répondre à de nombreuses exigences. Les points essentiels : assurer au moins la même luminosité qu'une lampe halogène, avec une qualité de lumière comparable. Bien sûr, ces exigences ont été suivies par de nombreuses autres – polyvalence d'utilisation grâce à une plage de zoom étendue, dimensions compactes, et ainsi de suite. Comme les projecteurs LED de couleur sont déjà courants dans les théâtres, ce projecteur devait non seulement remplacer les modèles halogènes, mais aussi produire une lumière colorée, afin d'éviter les changements de filtre de couleur et de garantir la cohérence avec les autres projecteurs LED de couleur.

Pourquoi choisir un moteur LED multicolore ?

Une palette de couleurs étendue, un rendement lumineux élevé et un bon rendu des couleurs ne peuvent être obtenus qu'avec un groupe de plusieurs LED de couleurs différentes. De tels groupes multi-LED permettent également de passer sans transition du blanc chaud au blanc froid, reflétant ainsi les changements d'humeur émotionnelle tout au long de l'arc dramatique. En outre, utiliser plusieurs LED permet de teinter la lumière blanche vers le vert ou le magenta, comme l'exigent les caméras électroniques, afin de correspondre à un point blanc spécifié, souvent déterminé par d'autres sources de lumière.

Première tentative d'arrangement multi-puces à partir d'un moteur existant. Cette solution s'est avérée infructueuse, car le champ lumineux était trop irrégulier.

Quelles couleurs le groupe de LED doit-il comprendre ?

Pour que le spectre lumineux soit rempli le plus complètement possible – notamment par rapport aux lampes halogènes – l'objectif est naturellement d'utiliser le plus grand nombre possible de couleurs de LED. Attention toutefois : la luminosité de chaque couleur diminue fortement à l'apport de chaque couleur claire supplémentaire. Un compromis est donc nécessaire. Dans notre cas, nous avons choisi un groupe de six LED de couleur. Gros défi suivant : sélectionner les LED elles-mêmes. Pour choisir une LED qui sera encore disponible dans sept ans – si tant est qu'on puisse prévoir à une telle échéance –, il faut s'orienter naturellement vers les LED des tout nouveaux fabricants. Il faut des LED de qualité, triées de façon drastique. En outre, les LED doivent être très efficaces et, condition essentielle, assurer un rendement lumineux très élevé. Tous ces critères restreignent considérablement la sélection des LED appropriées. Avant de choisir telle ou telle LED chez un fabricant, différentes couleurs de lumière sont testées pour leur effet pratique et la façon dont elles interagissent les unes avec les autres. L'objectif est toujours d'obtenir le rendement lumineux le plus élevé possible tout en conservant la meilleure qualité de rendu des couleurs.

Nouvelle disposition des LED pour tester différentes couleurs de LED.

Placement des couleurs

L'étape suivante consiste à déterminer les contributions relatives des différentes couleurs de LED afin d'obtenir un blanc halogène bien mélangé lorsque toutes les LED sont alimentées de manière égale. Une fois ces proportions établies, le nombre de LED peut être multiplié pour atteindre la luminosité totale souhaitée – dans ce cas, l'objectif est celle d'une lampe halogène de 2,5 kW Naturellement, toutes les "demi" LED résultant du calcul sont arrondies à des LED entières, ce qui suggère déjà que le rendement lumineux dépassera celui d'une découpe halogène de 2,5 kW. D'autres logiciels de simulation de tracé de rayons sont ensuite utilisés afin de tester différentes dispositions des LED sur la carte, avant fabrication des circuits imprimés définitifs. Les émissions du faisceau lumineux du groupe de LED, ainsi que l'optique en aval, sont simulées pour générer le champ lumineux le plus homogène possible en termes de couleurs. L'effet des volets ou des iris sur la mise en forme du faisceau peut déjà être pris en compte lors de la simulation, ce qui permet de déterminer les distances des inserts de limitation du faisceau par rapport à la source LED ou à l'optique.

Simulation à l'aide d'un logiciel spécial de tracé de rayons afin de comparer deux dispositions de LED dans le système optique. On visualise les surfaces de projection calculées ; en particulier, les changements de couleur sur les volets de mise en forme du faisceau simulés sont des indicateurs précieux.

Simulation avec un logiciel spécial de tracé de rayons montrant différentes distances de l'iris par rapport à la LED et leurs effets.

Une fois que la théorie a posé les bases de la solution optimale, la réalité doit maintenant démontrer si – et comment – les différentes combinaisons et dispositions donnent le meilleur résultat. À ce stade, une comparaison A/B à l'œil est la mesure ultime. C'est là que toutes les faiblesses deviennent apparentes et, dans les limites de la physique, peuvent également être corrigées.

Différentes dispositions des couleurs LED avec un positionnement défini.

Une comparaison A/B à l'œil – mieux que n'importe quel programme de simulation ou appareil de mesure.

Courbe de gradation halogène

Une fois finalisé l'aspect matériel – c'est-à-dire la structure du moteur de lumière LED –, il est logique de construire une configuration de test pour mettre le micrologiciel à l'épreuve dans la pratique. Pour une simulation halogène convaincante, on utilise généralement les fonctions "Response time" et "Dim to warm". "Response time" ("temps de réponse") fait référence à l'inertie lumineuse apparaissant lors de l'allumage ou de l'extinction – imitant le délai causé par le filament de tungstène d'une lampe halogène qui se réchauffe ou se refroidit. Sur le P6, cette fonction peut être commutée pour émuler une lampe de 1, 2 ou 5 kW, car la masse du filament d'une lampe de 5 kW se traduit par une inertie beaucoup plus importante que celle d'un filament de 1 kW. Cela signifie que le P6 peut être adapté de façon optimale aux projecteurs existants. En revanche, "Dim to warm" décrit le changement de la température de couleur vers le rouge lorsqu'une lampe halogène est utilisée à une puissance inférieure à la pleine puissance. Cependant, pour obtenir une simulation halogène parfaite, la courbe du gradateur elle-même doit également être ajustée. En règle générale, une console lumières pilote de façon linéaire un gradateur à front montant pour les lampes halogènes. La chaîne "variateur-lumière halogène" aboutit à une courbe de luminosité qui est tout sauf linéaire et se comporte complètement différemment d'une LED, qui est contrôlée de façon linéaire. C'est pourquoi la courbe de gradation du P6 peut être réglée non seulement selon les paramètres habituels linéaires, exponentiels, logarithmiques et la courbe en S, mais aussi selon une "courbe de gradation halogène".

Nicholas Heck, ingénieur en recherche et développement, technologie de la lumière, évalue l'homogénéité de la lumière en laboratoire.

Calibration

Même si on utilise des LED triées de façon drastique, un système d'étalonnage peut encore extraire beaucoup plus du groupe de LED, en particulier si des algorithmes dédiés ont été développés et utilisés pour prendre en compte des facteurs tels que l'influence des différentes températures ou les processus de vieillissement des LED. Les projecteurs doivent continuer à fournir le même espace colorimétrique même après des acquisitions ultérieures ou d'autres lots de production. L'étalonnage couvre également le comportement de la gradation, ce qui permet de s'assurer que le point de couleur ne se déplace pas lors de la gradation – en particulier lors d'un fondu très lent à l'intérieur ou à l'extérieur à l'extrémité la plus basse de la plage de contrôle. Ce qui est possible avec une lampe halogène doit également être réalisable avec le moteur LED. Avec le P6, il doit s'agir d'une gradation de qualité théâtre.

Un système d'étalonnage chez Cameo à Neu-Anspach. Chaque appareil est à nouveau calibré à la fin du processus de fabrication. Plusieurs systèmes d'étalonnage, de structure identique, sont prévus à cet effet.

Qualité maximale des couleurs ou luminosité maximale

Les algorithmes intégrés au système d'étalonnage offrent deux raffinements supplémentaires. Tout d'abord, lors de l'utilisation des 241 préréglages de filtres de couleurs LEE, il est possible de choisir si la couleur du filtre choisi apparaît comme s'il était éclairé par une lampe halogène ou par une lampe à décharge. L'étape suivante de la technologie de contrôle est la possibilité de décider si l'on veut obtenir la plus grande luminosité possible dans la couleur de la lumière en pilotant les LED à fond pour le mélange des couleurs, ou si l'on veut plutôt viser le meilleur rendu possible des couleurs en pilotant les LED les unes par rapport aux autres de façon à ce que les couleurs combinées forment un spectre aussi continu que possible.

Journaux de mesure permettant d'optimiser les différents modes de contrôle pour une qualité de couleur maximale ou un rendement lumineux maximal (à gauche : luminosité optimisée, à droite : qualité de couleur optimisée)

Conclusion

Plusieurs années de développement ont été consacrées au P6 et à sa source lumineuse LED. Il n'est donc pas surprenant que le P6 possède un Ra de 98 à une température de couleur de 5 600 K et un flux lumineux de 16 000 lm. Et à une température de couleur halogène de 3 200 K, la valeur R9 atteint même le chiffre étonnant de 99, tout en conservant la qualité "théâtre" souhaitée.