Figura 1: L’apparecchio Toshiba del 2013 con 34 led di potenza per l’illuminazione del dipinto della Monna Lisa

Figura 2: Lampada con 7 LED sviluppata nel 2005 da ARKANZ-SKLAER Gmbh, in collaborazione con Fraen Corporation Srl e DEF Srl. (Arch Project. L. Piqueras / Illuminazione M.Fontoynont).

Nel 2013, con i progressi della tecnologia LED e il contemporaneo sviluppo delle tecniche colorimetriche, è stato possibile lanciare una nuova sfida rispondendo a nuove e più stringenti specifiche:

• Miglioramento dell’efficienza luminosa e della distribuzione spaziale
• Miglioramento della precisione ottica per conseguire una maggior uniformità sullasuperficie del dipinto
• Miglioramento delle caratteristiche di riquadramento del sagomatore
• Miglioramento della gestione del colore tramite software con interfaccia user friendly
• Miglioramento dell’area del Gamut di colore per estendere la qualità del rendering (inrelazione ai lavori CIE )
• Ottimizzazione delle configurazione per permettere un rapido adattamento a diverse esigenze in ambito museale

Un apparecchio di illuminazione che racchiude il meglio della tecnologia a stato solido.

Jean–Pierre Miras, CEO, Arkanz Lighting GmbH / Sklaer GmbH , Francfort, Germany

Il primo apparecchio di illuminazione a stato solido per La Gioconda fu sviluppato nel 2005 da un Team guidato dalla società tedesca Sklaer GmbH (affilata di Arkanz Gmbh) che comprendeva Fraen Corporation Srl and DEF Srl. Utilizzava 7 power LEDs, color mixing modello FOCON a fibra ottica, e un sistema di raffreddamento ad aria forzata sempre attivo. Ciascuno dei 7 canali era indipendentemente pilotato a corrente costante. L’apparecchio rimase in funzione ininterrottamente per 70.000 ore senza una sola avaria. Lo sviluppo del nuovo modello di lampada, curato dalla società Arkanz Gmbh, in cooperazione con Toshiba Lighting, ha introdotto tre nuove soluzioni tecniche che andremo ad esporre. I led di potenza sono saliti a 34 e posizionati con configurazione a stella per assicurare la massima omogeneità cromatica sul dipinto. La distribuzione spettrale è stata attentamente selezionata dopo numerose rilevazioni al fine di assicurare un indice di resa cromatica (CRI) superiore a 95 in ogni possibile condizione di temperatura cromatica scelta dal curatore. La dissipazione di calore è stata aumentata grazie all’uso di un massiccio radiatore in rame raffreddato da un sistema di ventilazione per garantire parametri termici costanti e, di conseguenza, nessuna importante variazione nello spettro (color shifting) durante la vita attesa della lampada. La sfida principale si è però concentrata sul mixing dei sei colori in uno spazio di soli 120 mm. Questo è stato possibile grazie agli studi condotti da Fraen Srl che hanno saputo integrare al meglio le caratteristiche del mixer Schaib con un sistema di filtering e proiezione di nuova concezione (vedi successivo articolo) . Il sistema elettronico di pilotaggio delle sorgenti LED è stato messo a punto dalla società DEF srl di Bareggio (Milano) che ha anche eseguito l’assemblaggio dell’apparecchio, dei sottoassiemi elettronici e supervisionato il complesso iter di certificazione CE condotto presso i laboratori UL di Olgiate Molgora (MB). Il cuore del sistema di controllo sono due driver PUSH di D-LED a corrente costante con interfaccia DALI . I driver multicanale sono stati progettati per la specifica applicazione, che prevede LED di potenza con tensioni di forward molto differenti tra loro, al fine di evitare problemi di flikering e instabilità anche alle bassissime correnti. Inoltre i driver sono dotati di feedback di temperatura per monitorare il corretto funzionamento dei dispositivi.

Figura 4: Il nuovo apparecchio TOSHIBA per l’illuminazione della Gioconda (Progetto 2013 Vittorio Ferri)

La scelta del controller DALI è ricaduta sul modello CP64-LX-C della società AELSYS (Regione PACA, France). Le sue funzioni sono quelle di fornire i corretti set-point ai driver led e di immagazzinare i differenti scenari. Aelsys sviluppa dispositivi DALI e DMX in grado di essere interfacciati con sensori e attuatori esterni oppure, come avviene appunto nel Museo del Louvre, attraverso la rete Ethernet che costituisce il BUS dati principale del museo Il software di configurazione (WINCIP) è stato opportunamente modificato per integrare il modulo colorimetrico; tramite questo modulo si controllano i sette differenti livelli di corrente dei canali dei driver che sono a loro volta determinati dalla composizione dei seguenti parametri: temperatura di colore risultante, intensità luminosa, e distanza dal luogo planckiano nello spazio dei colori CIE AELSYS ha inoltre sviluppato un’applicazione per sistema Windows 8 che permette di collegare il controller CP64-LX-C ad un tablet PC Toshiba, via Wifi o USB3. In questa compatta „concept lamp ” Arkanz Lighting e i suoi partner sono riusciti a condensare un gran numero di soluzioni tecnologiche, soggette a brevetto, che hanno tracciato la nuova frontiera dell’illuminazione museale di altissime prestazioni.

Ottimizzazione dell’ottica per una eccellente uniformità sul dipinto.

Marco Angelini ,MD & CTO Fraen Corporation S.r.l., Italy.

Nel progetto della lampada LED del 2005, la lente di proiezione era asferica con apertura numerica di 0,8. La forma del fascio derivava dal convertitore a fibre ottiche accoppiato ad un sagomatore trapezoidale la cui proiezione sul piano coincideva esattamente con l’area del dipinto.
Nel nuovo progetto 2013 la struttura multi sorgente è stata, di fatto, mantenuta migliorandone però la distribuzione spaziale per accrescere l’omogeneità del colore e dell’intensità.
Il numero di Led è salito da 7 a 34, in una configurazione che prevede 7 sorgenti “single-chips” e 3 sorgenti “multi-chips” ciascuna delle quali composta da 9 chip. Il mixing del colore è caratterizzato da un sistema così composto:

1) Un primo stadio di “pre-mix” basato sul componente FRAEN colour mixing (FRAEN – FCM-M1+FCX Patent Pending Appl. N. WO2010US23071 20100203),
2)  Un secondo stadio definito sistema “Scheib” (vedi la sezione colour mixing/Schaib)
3)  Un terzo stadio composto da un filtro a diffusione spaziale (SF).

Figura 5: Dettagli del gruppo ottico del color mixing che permette un’alta uniformità sul dipinto

Il sistema ottico di “Pre-mix” permette di focalizzare il fascio proveniente dai 34 led su un disco che diventa uno spot ad alta omogeneità. Le dimensioni dello spot sono calcolate ed ottimizzate in funzione delle misure del dipinto. A valle del mixer “Scheib” abbiamo scelto di posizionare un sagomatore trapezoidale che lavora come diaframma di cut-off nel piano focale del sistema ottico. Ciò consente la proiezione di uno spot rettangolare su un piano non ortogonale all’asse ottico dell’apparecchio. Il nuovo progetto utilizza una coppia di lenti asferiche disegnate specificamente per l’applicazione. L’apertura numerica è di 0,7. La modifica, rispetto al progetto 2005, si è resa necessaria per eliminare le distorsioni nella parte superiore della proiezione asimmetrica del fascio, ottenendo così uno spot rettangolare estremamente definito e perfettamente coincidente con il piano del dipinto. Inoltre si è realizzato un sistema di regolazione del doppietto ottico molto sofisticato che permette di monitorare il contrasto tra l’area illuminata e la cornice che, viceversa, non deve essere messa in evidenza.

Figura 6: Il sistema a doppia lente asimmetrica che elimina le distorsioni

Per gestire al meglio il passaggio tra l’area illuminata, il dipinto, e l’area “buia”, esterna alla cornice, si è deciso appunto di sfumare l’illuminazione della cornice mediante un sistema di cut-off “fuzzy”. Una delle caratteristiche più performanti dell’apparecchio 2013 è l’uniformità dell’illuminamento sull’area del ritratto. Dato che l’asse ottico della lampada forma un angolo di circa 60° con la normale al piano del dipinto, vi era il concreto rischio che vi fosse una differenza significativa tra l’illuminamento della parte inferiore rispetto a quella superiore. Per evitare il problema, oltre allo stadio di pre miscelazione, lo Scheib e il doppietto ottico, si è reso necessaria la progettazione e l’installazione di un filtro speciale, denominato (SF)3, per bilanciare con maggior precisione la distribuzione della luce sul ritratto. Il filtro (SF) 3 può essere realizzato per angoli differenti, con differenti distribuzioni X,Y e in funzione delle specifiche ottiche.

Figure 7. La distribuzione luminosa mostra un indice di uniformità pari a 0.85 con il contributo della sola lampada. Sale a 0,92 considerando anche la luce ambiente.

Il mixing dei colori: la tecnologia di proiezione a fasci paralleli («Scheib») con l’uso di fibre ottiche

Leonid Novakovsky, Pharos-Alef, Moscow

Il color mixing dei 34 led di potenza (6 colori diversi) della nuova lampada della Gioconda si basa su un dispositivo che riduce le dimensioni dello spot mediante la combinazione di fibre ottiche e un’ottica a fascio parallelo detto ”scheib”. Il principio è simile a quello denominato FOCON, introdotto con il progetto 2005, ma con un progetto di diaframma più evoluto. Esso consiste in un fascio di fibre ottiche di 4 mm di spessore che presenta terminazioni con un’apertura numerica elevata e un’alta densità di accoppiamento. Grazie all’apertura numerica di 0,5, il cono risultante dalla combinazione dei 34 led presente un angolo di divergenza molto ampio pari a + / – 32°. Le prove condotte sul dispositivo hanno poi dimostrato che all’interno del fascio il color mixing avviene in modo eccellente garantendo un’uniformità prossima al 95%. La tecnologia sheib si presta particolarmente in quelle applicazioni di trasmissione ottica dove è richiesta una precisa distribuzione del fascio in spazi molto ristretti. Questa elegante soluzione è stata introdotta con successo nella tecnologia di costruzione dei proiettori abbaglianti delle autovetture ed è oggetto di brevetto Pharos-Alef Ltd. e Sklaer Gmbh (patent N 2283986).

Figure 8: Il dispositivo a fibre ottiche“Scheib” (Foto Sklaer GmbH)

Il controllo dello spettro e della potenza radiante

Christophe Marty, Gregory Duchêne, INGELUX, Lyon France

Per il progetto della lampada della Gioconda 2013 si sono identificati due differenti approcci: il primo dedicato alla caratterizzazione cromatica delle sorgenti prima dell’assemblaggio, il secondo per le operazioni di regolazione fine del colore, una volta completate le operazioni di installazione , mediante il protocollo DALI utilizzato nel Museo del Louvre.
Il primo aspetto fu particolarmente pregnante e ricco di contenuti innovativi.
Il nostro team ha progettato uno strumento colorimetrico software in linea con le ultime indicazioni della International Council of Museums (ICOM) e l’International Lighting Commission (CIE). Questo strumento ci consente di navigare nello spazio dei colori, di controllare liberamente le coordinate cromatiche della luce emessa massimizzando in qualsiasi momento l’indice di resa cromatica (CRI ) e l’area di Gamut. Per raggiungere l’obiettivo è stato necessario disporre dell’esatta distribuzione spettrale delle sorgenti utilizzate per procedere poi con la calibrazione di ogni canale cromatico e all’introduzione di fattori di correzione dovuti alla misura in sfera integratrice. Infine, la Conservatoria del Museo del Louvre ha deciso il set-up finale al termine di una sessione di fronte al dipinto originale dopo aver elaborato, di comune accordo, un protocollo di valutazione e di adattamento cromatico on-site. Le decisione finale è stata presa dal Curatore, Sig. Vincent Delieuvin, con l’assistenza dell’architetto progettista della sala della Gioconda, Lorenzo Piqueras, dopo un’attenta valutazione con differenti condizioni di luce esterna (sorgenti fluorescenti con una piccola porzione di luce naturale). Desideriamo ancora una volta mettere in evidenza il contenuto innovativo della soluzione che ha permesso al curatore la ricerca e la definizione del mix ottimale delle sorgenti led che rendesse con maggiore fedeltà lo splendore dei colori originali del ritratto. Il processo elaborato è ovviamente esportabile nell’ambito di diverse opere e musei dove i curatori desiderino apportare migliorie all’illuminazione per: 1. compensare il deterioramento della pittura 2. compensare eventuali condizioni di illuminazione esterna non ottimali.

Figure 9: Il sistema di controllo permette di muoversi all’interno dello spazio dei colori CIE con la massima qualità di resa cromatica. L’ampia area del Gamut è ottenuta grazie alle 34 sorgenti led presenti nella lampada. La modalità di navigazione all’interno del diagramma è stata progettata dalla società Ingelux.