"Luminaire" La présente invention est relative à des luminaires, de section transversale carrée ou circulaire, dans lesquels les surfaces réfléchissantes comprennent une combinaison d'un élément parabolique et de trois éléments elliptiques, proportionnés et orientés de façon à produire une distribution très uniforme de la lumière, en particulier lorsque le luminaire est utilisé pour un éclairage vers le haut, en vue d'illuminer un plafond,à partir d'une position installée qui peut être située quelque peu au-dessous du niveau de l'oeil en position debout.
La présente invention résulte d'une expérimentation visant à améliorer la distribution de l'illumination obtenue par
des luminaires suivant le brevet aux Etats-Unis d'Amérique n[deg.]
4.006.355 que l'on a découvert être quelque peu trop lumineux à proximité de la périphérie du modèle et relativement trop sombre
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pes à décharge de grande intensité présentement disponibles ont
un revêtement en phosphore sur la face interne de l'enveloppe en verre extérieure plus mince que cela n'était le cas pour des lampes semblables du passé immédiat. La puissance de sortie de lumière d'un tube à arc de la plupart des lampes modernes est trop grande par rapport à la puissance de sortie de lumière du revêtement en posphore et les réflecteurs paraboliques, dans les luminaires connus, sont trop efficaces à l'éclair en projetant (réfléchissant des rayons parallèles) la lumière du tube à arc dans la périphérie du modèle de distribution de lumière.
Lorsque le réflecteur de base a été modifié, par l'addition de réflecteurs insérés de formes prédéterminées, on a découvert que non seulement l'uniformité de l'illumination a été améliorée, mais également que les luminaires présentent les caractéristiques souhaitables de faible éclat aux angles de vue normaux sans la nécessité de surfaces absorbant la lumière radiales (volets) suivant le brevet aux 2tatsUnis d'Amérique 4.006.355. Alors que l'addition de tels volets peut encore procurer une performance supérieure dans certaines combinaisons d'orientation de lampe et de dimensions de montage du luminaire, ainsi qu'il sera expliqué dans la suite, la performance est généralement excellente sans l'utilisation de volets radiaux.
La présente invention a pour but de prévoir des luminaires dans lesquels des éléments de réflexion paraboliques et elliptiques sont combinés de manière à effectuer une distribution très uniforme de l'illumination.
Un autre objet de l'invention consiste à mettre au point un système amélioré d'éléments réflecteurs qui soient adaptables aux luminaires de section soit carrée soit circulaire.
Un autre objet de l'invention consiste à mettre au point des luminaires qui puissent être installés dans des positions d'éclairage vers le haut à des hauteurs situées en dessous du niveau de l'oeil en position debout, pour un éblouissement inconfortable direct minimum.
Un autre objet de l'invention consiste à prévoir certains perfectionnements dans la forme, la construction et l'agencement de nombreux éléments des luminaires dans lesquels les objets précités et d'autres objets peuvent effectivement être atteints.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et avec référence aux dessins annexés.
La figure i représente une vue en coupe verticale, <EMI ID=2.1>
orientée horizontalement, cette vue montrant les émissions et réflexions de lumière.
La figure 2 représente une vue en coupe verticale, schématique, d'un luminaire à section circulaire, qui présente une lampe orientée verticalement, cette vue montrant les émissions et réflexions de lumière à partir d'un réflecteur formé sous la forme d'une surface de révolution des formes spécifiées. La figure 3 représente une vue en coupe verticale, schématique, d'un luminaire semblable à celui. représenté sur la figure 2, avec l'addition de volets radiaux.
Les figures 4, 5 et 6 sont des vues en élévation schématiques, qui montrent les rayons de lumière qui sont réfléchis sous le plus grand angle à partir du zénith, vis-à-vis d'un observateur en position debout à proximité d'un appareil d'éclairage vers le haut contenant les luminaires des figures 1, 2 et 3 respectivement, à des hauteurs choisies au-dessus du niveau du sol.
La figure 7 représente une vue en élévation schématique illustrant la distribution de lumière à partir du luminaire suivani la figure 2 par rapport à un plafond servant de source de lumière secondaire.
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1, la source de lumière ou lampe présente un centre optique 11, un tube à arc 12 si la lampe est une lampe à décharge de grande inten site, et une enveloppe en verre externe 13 qui présente un revêtement de phosphore sur sa face interne. La propriété de diffusion de la lumière pourrait également être produite par un dépolissage externe.
Les éléments réflecteurs elliptiques sont l'ellipse externe 14, l'ellipse moyenne 15 et l'ellipse interne 16. L'élément réflecteur parabolique 17 est situé au-delà du bord extérieur de l'ellipse externe. Entre les ellipses adjacentes 14, 15 et
15, 16 sont prévus des éléments de transition ou de liaison 18 et
19, peints en noir mat et n'ayant pas de valeur optique.
Une caractéristique de réflexion optique bien connue d'un réflecteur elliptique est que, si une source de lumière est située à un des deux foyers de l'ellipse, un rayon de lumière passera, après une réflexion, par le deuxième foyer de l'ellipse.
T.es réflecteurs paraboliques ont également une caractéristique de réflexion optique bien connue, à savoir que la lumière qui a son origine au foyer se réfléchira à partir du réflecteur en rayons parallèles qui sont parallèles à l'axe du réflecteur. Les rayons lumineux 23 frappant la surface parabolique 17 sont réfléchis en trajets parallèles sous un angle de 400 par rapport au zénith .
Le premier foyer de chaque ellipse et le foyer de la pa-
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F-2, le deuxième foyer de l'ellipse moyenne est F-2' et le deuxième foyer de l'ellipse interne est F-2". Tous les rayons 23 en pro-
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les trajets parallèles 23' sous un angle d'environ 40[deg.] par rapport au zénith.
Le centre de la source lumineuse ou lampe est situé en F-l (11). Un rayon 24 et un rayon 25, après une réflexion par l'ellipse 14 passent par F-2. Un rayon 26 et un rayon 27, après une réflexion par l'ellipse 15 passent par F-2'. Un rayon 28 et un rayon 29, après une réflexion par l'ellipse 16, passent par F-2". Ces rayons tracent les limites nominales des réflexions des réflecteurs elliptiques.
Les réflexions 24,25 à partir de l'ellipse externe 14 sur la figure 1 divergent sur la zone comprise entre environ 5[deg.] à partir du zénith et 30[deg.] à partir du zénith, le zénith étant droit audessus. Les réflexions 26 et 27 à partir de l'ellipse moyenne
15 sur la figure 1 divergent sur la zone comprise entre environ
5[deg.] à partir du zénith et environ 30[deg.] à partir du zénith. Les réflexions 28 et 29 à partir de l'ellipse interne 16 sur la figure 1
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nith et environ 33[deg.] de l'autre côté du zénith.
Les seconds foyers des ellipses sont situés progressivement plus loin de l'axe optique OA du luminaire, c'est-à-dire que F-2 est plus éloigné de l'axe que F-2' et que F-2' est plus éloigné de l'axe que F-2". Si cette relation est changée, le manque d'uniformité de l'illumination et l'éblouissement inconfortable qui en résultent seront pires qu'il n'est souhaitable.
Tout éclat éventuel du luminaire dans le champ de vision de l'utilisateur sera le résultat des rayons lumineux tangentiels en provenance de l'enveloppe qui diffuse la lumière de la lampe, comme les rayons 30 à 37 sur la figure 1. Mais le rayon qui est réfléchi sous le plus grand angle par rapport au zénith, le rayon
31, a uniquement environ 55[deg.] par rapport au zénith, de sorte que le luminaire illustré sur la figure 1 , monté comme illustré
sur la figure 4.est essentiellement dépourvu d'un éblouissement inconfortable direct.
Une position de montage appropriée pour le luminaire
de section carrée à lampe horizontale, tel qu'illustré sur la figure 1, est montrée sur la figure 4 où la hauteur de l'oeil nomi-
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pour l'ouverture ou bord du luminaire est de 1,32 m, pour empêcher un éblouissement inconfortable direct à une distance de 30,5 cm
du côté le plus proche du luminaire. La détermination de la hauteur de montage minimum correcte est réalisée par référence au point de réflexion R du rayon le plus bas 31, R étant situé à 7,62 cm en dessous du bord, la distance verticale entre ce point et la hau-
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horizontale à partir de ce point et l'observateur étant de 62,2 cm ainsi qu'il est illustré. Cette dernière distance donnée,ainsi que l'angle de réflexion par rapport au zénith, on obtient :
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La hauteur de montage du luminaire est donc constatée comme étant de :
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Sur la figure 2, la source de lumière a un centre optique 41, un tube à arc 42 et une enveloppe en verre externe 43 avec un revêtement en phosphore du cOté interne, comme pour la lampe de la figure 1.
Les éléments réflecteurs sont formés sous la forme de surfaces de révolution, les trois surfaces réfléchissantes elliptiques, correspondant aux surfaces 14, 15 et 16 de la figure 1, étant désignées par les références 44, 45 et 46 tandis que la surface parabolique est désignée par la référence 47. L'élément 48, sur le bord externe de la parabole, est un élément en ligne droite, suivant un angle divergent d'environ 1[deg.], pour faciliter 1'enlèvement du réflecteur embouti à partir d'une forme d'emboutissage. Comme dans le cas des éléments 18 et 19, les éléments cylindriques
49 sont plutôt des surfaces de transition ou de liaison, peintes en noir mat et n'ayant pas de valeur optique.
Dans des buts de comparaison, les rayons sur la figure 2 ont reçu la même désignation que les rayons sur la figure 1. Leur distribution est semblable mais les limites angulaires diffèrent quelque peu. Les réflexions des rayons 24 et 25 à partir de l'ellipse externe 44 divergent sur une zone comprise entre 15[deg.] par rapport au zénith et 40[deg.] par rapport au zénith. Les réflexions des rayons 26 et 27 à partir de l'ellipse moyenne 45 divergent sur une zone comprise entre environ 16[deg.] par rapport au zénith et environ
40[deg.] par rapport au zénith. Les réflexions des rayons 28 et 29 à partir de l'ellipse interne 46 divergent sur une zone comprise entre environ 15[deg.] d'un coté du zénith et 36[deg.] de l'autre côté du zénith. Les réflexions des rayons 23 à partir de la surface para-
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viron 40[deg.] par rapport au zénith.
Ainsi qu'il ressort de la figure 2, tout éclat éventuel du luminaire dans 3e champ de vision de l'utilisateur sera le résultat des rayons lumineux tangentiels en provenance de l'enveloppe de diffusion de la lumière de la lampe, comme les rayons 30 à 35. Le rayon qui est réfléchi sous le plus grand angle par rapport au zénith, le rayon 33, est uniquement à environ 65[deg.] par rapport au zénith, de sorte que le luminaire sera monté à une hauteur de montage plus élevée au-dessus du sol, ainsi qu'il ressort de la figure 5.
La hauteur de montage minimum pour un luminaire rond à lampe verticale (figure 2) est illustrée sur la figure 5 dans laquelle la hauteur de l'oeil, la position de l'observateur et la dimension du luminaire sont les mêmes que précédemment, mais dans laquelle le point R' à partir duquel' le rayon le plus bas 33 est réfléchi est à 12,7 cm en dessous du bord et l'angle de réflexion est de 65[deg.] par rapport au zénith. Dans ce cas, on obtient :
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168 - X2 + 12,7 = 168 - 29,2 + 12,7 = 151,5 cm minimum.
S'il est souhaitable ou avantageux de monter le luminaire de la figure 2 à une hauteur inférieure, un éblouissement inconfortable direct peut être empêché par l'addition de volets 50 tels qu'illustrés sur la figure 3. Sur cette figure, la source de lumière et les surfaces réfléchissantes sont les mêmes que dans la figure 2 mais la distribution de la lumière est réglée en supplément par l'utilisation de volets 50, montés sous des angles essentiellement radiaux par rapport au centre de la source de lumière. Dans cette position, les volets coupent les rayons qui sont émis tangentiellement à partir de l'enveloppe 43 de sorte que le rayon qui est réfléchi sous le plus grand angle par rapport au zénith est le rayon 38 qui est uniquement d'environ 50[deg.] par rapport au zénith pour un but qui sera décrit dans la suite en relation avec la figure 6.
D'autres rayons en provenance de la surface de l'enveloppe sont désignés par les références 37, 39, 40, 51 et 52, qui ont tous des angles de réflexion plus petits.
La hauteur de montage minimum pour le luminaire à volets suivant la figure 3 est illustrée sur la figure 6 où le point R"
(réflexion du rayon 38) est à 8,9 cm en dessous du bord et où l'an-
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applicables sont les suivantes :
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168 - X3 + 8,9 = 168 - 52,3 + 8,9 = 124,6 cm minimum.
La figure 7 représente une vue schématique d'un luminaire rond typique utilisé pour procurer une illumination indirecte. Le luminaire illumine le plafond et le plafond devient une source de lumière secondaire. Pour un luminaire rond (figure 2) le dessin illuminé sur la plafond est un dessin circulaire ainsi qu'il est indiqué. Pour un luminaire à section carrée (figure 1), le dessin illuminé est un carré (avec des coins adoucis). Pour un plafond présentant une hauteur nominale de 2,59 m, le diamètre approximatif du cercle illuminé est de 2,14 m.
La distribution de l'intensité lumineuse en bougies à partir du luminaire est approximativement telle qu'indiquée par les petites flèches qui montrent la forme bien connue d'ailes de chauve-souris. L'illumination en un point quelconque, tel que le point X, sur le plafond, peut être calculée à partir de la loi de l'inverse du carré, avec correction de cosinus, l'équation étant la suivante :
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dans laquelle
E = l'éclairement, en lux.
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D = la distance depuis la source lumineuse jusqu'au point
considéré, en mètres.
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imaginaire perpendiculaire à la surface illuminée)
Plusieurs calculs, réalisés en une multitude de points
à l'intérieur du cercle (ou carré) illuminé ont fourni des réponses sensiblement identiques, ce qui montre que l'illumination est très uniforme.
Alors que la prévision d'un luminaire constitué par des éléments parabolique et elliptiques conçus et agencés comme décrit précédemment s'est avérée donner des résultats optimum, on peut noter que chacun des éléments réflecteurs peut s'écarter quelque peu de la vraie forme parabolique ou elliptique et produire encore des modèles de distribution qui peuvent être considérés comme acceptables dans certaines conditions. De telles déviations peuvent comprendre l'utilisation d'un ou de plusieurs éléments sensiblement plans (plats) dans le luminaire de section carrée (figure 1) ou d'un ou de plusieurs éléments sensiblement coniques dans le luminaire rond (figures 2 et 3) , aussi longtemps que ces surfaces planes ou coniques sont disposées dans des positions correspondant sensiblement aux cordes de l'arc parabolique et des arcs elliptiques 14,
15, 16, 17 ou 44, 45, 46, 47, représentés et décrits précédemment. Dans ces positions, les éléments réflecteurs modifiés peuvent dis-tribuer de la lumière dans des zones qui correspondent d'une manière générale à celles déterminées par les éléments elliptiques
et paraboliques, tout en ayant des limites quelque peu différentes.
Les luminaires sont décrits et représentés comme étant utilisés pour un éclairage vers le haut et pour produire une illumination indirecte qui utilise le plafond par facilité comme source de lumière secondaire. Une telle illumination est, d'une manière inhérente, exempte de réflexions voilantes, puisqu'une illumination en n'importe quel point du plan de travail est réalisée en contribution de chacun des points du plafond illuminé qui présente
une "vue" non obstruée sur le point du plan de travail. Cependant, les luminaires peuvent être également utilisés pour l'éclairage vers le bas, en produisant ainsi une illumination directe uniforme sur le plan de travail, cette illumination étant relativement exempte de réflexions voilantes, les luminaires ayant un faible éclat souhaitable sous des angles élevés, ce qui empêche un éblouissement inconfortable direct. Bien que les lampes à décharge de
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tal, lampes au sodium sous haute pression et lampes à vapeur de mercure, etc., soient probablement les lampes utilisées de manière prédominante avec le luminaire, les mêmes effets et avantages dériveront de l'utilisation de lampes à enveloppe diffusant une autre lumière, telles que des lampes à incandescence dépolies à l'extérieur, ou d'une lampe quelconque qui a une composante de diffusion de la lumière ou d'éclat relativement grande.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
REVENDICATIONS
1. Luminaire, caractérisé en ce qu'il comprend une source de lumière dans une enveloppe, et un grand nombre d'éléments réfléchissants disposés de manière symétrique par rapport à un axe optique passant par la source de lumière, ces éléments comprenant un premier réflecteur adapté pour réfléchir les rayons en provenance de la source de lumière dans une zone comprise entre environ
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l'axe optique, un deuxième réflecteur adapté pour réfléchir les rayons en provenance de la source de lumière dans une zone comprise entre environ 5[deg.] par rapport à l'axe optique et environ 30 à 40[deg.] par rapport à l'axe optique, un troisième réflecteur adapté pour réfléchir les rayons en provenance de la source de lumière
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optique et environ 36[deg.] de l'autre coté de l'axe optique, et un quatrième réflecteur adapté pour réfléchir les rayons en¯provenance de la source de lumière dans une zone d'environ 40[deg.] par rapport à l'axe optique, ce quatrième réflecteur étant situé le plus loin de la source de lumière et les premier, deuxième et troisième réflecteurs étant situés successivement plus près de la source de lumière.