Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un dispositif d'éclairage pour éclairer une surface déterminée, au moyen d'au moins une source lumineuse dite étendue, du type à diode électroluminescente (LED) ou du type à diode électroluminescente organique (OLED), ladite surface déterminée à éclairer ayant une géométrie spécifique et ladite source lumineuse ayant une position géométrique définie par rapport à ladite surface déterminée à éclairer, cette source lumineuse étant associée à une optique spécifique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée.
Technique antérieure
[0002] La recherche de l'économie de la consommation d'énergie amène les fabricants de dispositifs d'éclairage, notamment dans le contexte de l'éclairage de grandes surfaces extérieures, telles que par exemple des zones d'éclairage public, ou des surfaces de zones d'activité qui doivent rester éclairées toute la nuit pour des raisons sécuritaires ou des raisons professionnelles, à concevoir des solutions plus économiques que les systèmes actuels. La plupart des dispositifs d'éclairage actuels comportent des sources lumineuses qui émettent un rayonnement lumineux à distribution sphérique, alors que le besoin se limite habituellement à l'éclairage d'une surface sensiblement plane au niveau du sol. En outre, les sources lumineuses sont habituellement montées sur des mâts et rayonnent plus ou moins symétriquement autour de ce mât.
En conséquence, une partie majoritaire de la lumière émise est distribuée en pure perte par rapport à l'objectif recherché, de sorte qu'il est nécessaire d'augmenter la puissance globale de la source lumineuse pour pouvoir disposer d'un éclairage adéquat de la surface à éclairer, indépendamment des pertes constatées dues à une distribution spatiale incontrôlable de la source lumineuse en dehors de cette surface. De ce fait, la consommation effective enregistrée est très supérieure à la consommation théorique nécessaire pour assurer l'éclairage approprié de la surface concernée.
[0003] Diverses solutions ont été proposées, telles que par exemple enfermer la source lumineuse dans un volume comportant une surface réfléchissante pour assurer une meilleure répartition de la lumière émise et un renvoi des faisceaux en direction de la surface à éclairer. Néanmoins, ces solutions qui sont devenues classiques ne répondent pas de façon satisfaisante à cette recherche de solutions économiques. De nouvelles sources lumineuses qui répondent au besoin d'économie de la consommation sont apparues sur le marché. Il s'agit des sources lumineuses dites étendues, du type à diodes électroluminescentes, couramment appelées LED (light emitting diode). Utilisées individuellement ou montées de façon groupée; leur puissance d'émission est suffisante pour assurer un éclairage efficace sur des bases de consommation économiques.
Toutefois, elles ont un diagramme d'intensité qui présente sensiblement une symétrie de révolution, de sorte qu'elles ne sont pas aptes à être utilisées directement pour éclairer de manière homogène une surface non circulaire, par exemple une surface rectangulaire, comme c'est le cas pour un éclairage public, par exemple une route, une cour, une zone de stockage etc.. En outre, pour un éclairage routier, la surface à éclairer est souvent décentrée par rapport à la source lumineuse. En effet, la surface à éclairer se présente généralement sous la forme d'une longue bande composée de surfaces élémentaires sensiblement rectangulaires juxtaposées dont chacune correspond à une source lumineuse donnée, la bande complète étant éclairée par une suite de sources lumineuses espacées les unes des autres.
Une des contraintes imposées pour l'éclairage d'une telle bande de surfaces élémentaires sensiblement rectangulaires est que les rectangles juxtaposés ne se superposent pas afin que l'éclairage de toute la bande soit homogène et ne présente pas des zones sur-éclairées en raison de la superposition locale de surfaces élémentaires adjacentes.
Exposé de l'invention
[0004] La solution innovante proposée résout le problème de la répartition homogène de l'éclairage d'une surface, en particulier d'une surface rectangulaire, à partir d'une source lumineuse dite étendue, du type à diode électroluminescente ou du type à diode électroluminescente organique, décentrée, et présente l'avantage d'assurer une économie conséquente de l'énergie consommée par rapport aux éclairages traditionnels.
[0005] Le dispositif d'éclairage selon l'invention est en fait un ensemble composé d'une source lumineuse et de son optique associée, la source lumineuse pouvant comporter une ou plusieurs LED de puissance. L'utilisation d'un seul dispositif d'éclairage permet de distribuer le flux lumineux sur toute la surface à éclairer. On veillera à ce que la structure mécanique sur laquelle est monté le dispositif d'éclairage n'engendre pas de pollution lumineuse.
[0006] Pour atteindre ce but, le dispositif d'éclairage selon l'invention, tel que défini en préambule, est caractérisé en ce que ladite optique spécifique de structuration comporte au moins une lentille optique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée, ladite lentille comportant une surface d'entrée des rayons lumineux émis par ladite source lumineuse et une surface de sortie desdits rayons lumineux ayant traversé ladite lentille optique, et en ce que ladite surface d'entrée de la lentille optique est configurée de manière à superposer la zone d'éclairage de ladite source lumineuse avec ladite surface déterminée à éclairer, ladite surface de sortie de la lentille optique étant agencée pour rendre homogène l'éclairage sur l'ensemble de ladite surface déterminée.
[0007] Selon une première forme de réalisation préférée dans laquelle ladite surface déterminée à éclairer est au moins partiellement décentrée par rapport à ladite source lumineuse, ladite surface de sortie de la lentille optique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée présente un plan de symétrie disposé selon un axe longitudinal passant par la source lumineuse et au moins un plan d'asymétrie disposé selon un axe transversal passant par la source lumineuse, lesdits plans étant orientés selon une section déterminée de la surface à éclairer.
[0008] Selon une seconde forme de réalisation préférée dans laquelle ladite surface déterminée à éclairer est au moins partiellement décentrée par rapport à ladite source lumineuse, ladite surface de sortie de la lentille optique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée présente un plan d'asymétrie disposé selon un axe longitudinal passant par la source lumineuse et au moins un plan d'asymétrie disposé selon un axe transversal passant par la source lumineuse, lesdits plans étant orientés selon une section déterminée de la surface à éclairer.
[0009] Ladite surface d'entrée des rayons lumineux de ladite lentille optique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée comporte avantageusement au moins une zone réfléchissante agencée pour renvoyer une partie des rayons lumineux émis par ladite source lumineuse et issus de la surface d'entrée de ladite lentille optique, sur au moins une partie de ladite surface déterminée à éclairer.
[0010] Ladite surface d'entrée de ladite lentille optique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée intègre avantageusement au moins un tronçon de ménisque convergent dont une des surfaces est réfléchissante.
[0011] Ladite surface d'entrée comporte de préférence au moins une plage dépolie qui a pour fonction de distribuer une partie des rayons lumineux émis par la source lumineuse pour obtenir un étalement du flux lumineux sur la surface à éclairer et d'optimiser l'homogénéité du niveau lumineux sur la surface à éclairer.
[0012] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte un ensemble de sources lumineuses dites étendues, du type à diode électroluminescente (LED) ou du type à diode électroluminescente organique (OLED), chacune des sources lumineuses étant individuellement associée à une optique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée.
[0013] Selon un autre mode de réalisation particulier, le dispositif comporte un ensemble de sources lumineuses dites étendues, du type à diode électroluminescente (LED), ou du type à diode électroluminescente organique (OLED), cet ensemble de sources lumineuses étant associé globalement à une optique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée.
[0014] Ladite lentille optique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée peut être réalisée par moulage en un matériau transparent.
[0015] Ladite source lumineuse peut être positionnée dans un espace intérieur défini par la surface d'entrée de ladite lentille optique de structuration de l'éclairage de ladite surface déterminée.
[0016] Le dispositif peut avantageusement comporter un gaz, un liquide, un gel optique ou similaire disposé entre ladite source lumineuse et ladite lentille optique de structuration de l'éclairage de ladite surface, ledit gaz, liquide, gel optique ou similaire ayant des propriétés optiques spécifiques en vue d'augmenter les performances optiques du dispositif d'éclairage.
Description sommaire des dessins
[0017] La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
<tb>la fig. 1<sep>représente une surface à éclairer et la répartition de l'éclairage de cette surface avec une source décentrée utilisée dans le dispositif selon l'invention,
<tb>la fig. 2<sep>représente une vue en perspective d'une source lumineuse du type LED de puissance utilisée pour effectuer l'éclairage de la surface de la fig. 1,
<tb>les fig. 3A, 3B et 3C<sep>sont des vues respectivement en plan et en coupe longitudinale et transversale d'un dispositif d'éclairage selon l'invention,
<tb>les fig. 4A, 4B<sep>sont des vues respectivement en coupe longitudinale et transversale avec la trajectoire des rayons lumineux émis par la source lumineuse sur la face d'entrée et de sortie de la lentille du dispositif selon l'invention,
<tb>la fig. 5<sep>est une vue schématique illustrant le positionnement relatif du dispositif d'éclairage et d'une surface telle qu'une route à éclairer, et
<tb>les fig. 6A et 6B<sep>sont des vues qui illustrent les angles de projection longitudinaux et les angles de projection latéraux du côté trottoir et du côté route.
Meilleure manière de réaliser l'invention
[0018] La fig. 1 est une vue schématique en plan illustrant, la surface déterminée 10, qui a par exemple une forme sensiblement rectangulaire, au moyen d'un dispositif d'éclairage 11 comportant une ou plusieurs sources lumineuses 20 dites étendues du type LED. La surface 10 se décompose en plusieurs secteurs 10a, 10b, 10c, 10d qui correspondent sensiblement à des rectangles inscrits les uns dans les autres et qui ont des dimensions décroissantes. Ces rectangles sont en fait des zones d'éclairage dont l'éclairage est croissant lorsque les dimensions sont décroissantes. En effet, la zone intérieure qui correspond au rectangle 10a est la plus éclairée. L'éclairage de la surface 10 est symétrique selon un plan de symétrie D1 qui passe par le centre de la source lumineuse 20.
Le plan perpendiculaire désigné par D2 et passant par le centre de la source 20 divise la surface 10 en une zone éclairée principale avant, qui est la plus large et une zone éclairée secondaire arrière de largeur réduite.
[0019] De façon similaire, il est également possible d'obtenir une dissymétrie de l'éclairage de la surface 10 par rapport à un plan D1 qui passe par le centre de la source lumineuse 20 et d'obtenir ainsi une zone éclairée principale gauche plus étendue qu'une zone éclairée secondaire droite ou inversement, le plan perpendiculaire D2 passant par le centre de la source 20 divisant la surface 10 en une zone éclairée principale avant, qui est la plus large et une zone éclairée secondaire arrière de largeur réduite.
[0020] Cette répartition contrôlée est obtenue au moyen du dispositif d'éclairage 11 afin que l'on puisse obtenir un éclairage homogène, par exemple sur une bande éclairée correspondant à la juxtaposition de surfaces 10, par exemple en vue d'éclairer une route. Les zones 10b, 10c, et 10d à éclairage progressivement décroissant d'une première surface 10 à éclairer au moyen d'un premier dispositif d'éclairage 11 se superposent aux zones à éclairage progressivement croissant 10d, 10c, et 10b d'une deuxième surface à éclairer 10, adjacente à ladite première surface à éclairer, au moyen d'un deuxième dispositif d'éclairage 11.
[0021] Le dispositif d'éclairage 11 se compose d'une ou de plusieurs sources lumineuses 20 et d'une ou de plusieurs optiques 30 constituées essentiellement d'une lentille optique 31. La source lumineuse 20, telle que celle représentée par la fig. 2, comprend principalement une source étendue LED 21, par exemple une LED de la société CREE, modèle XR-E, montée sur un support tel qu'un circuit imprimé du type FR4, par exemple, un réflecteur 22, un substrat 23 et un dôme 26. Le réflecteur 22 est constitué d'une bague métallique ou métallisée qui entoure la base du dôme 26, cette bague étant montée sur le substrat 23. Le substrat 23 est constitué d'une platine portant la source et les bornes de raccordement à une alimentation en énergie électrique.
[0022] L'optique 30, telle que décrite plus en détail en référence aux fig. 3 et 4, est de préférence positionnée précisément sur la LED et fixée sur son support par vissage, collage, clipsage, soudage ou tout autre moyen. L'ensemble assemblé, optique et support, doit être parfaitement étanche et permettre de protéger la source de l'air ambiant. Cette étanchéité pourra être obtenue par l'utilisation d'une colle étanche, d'un joint torique ou plat, d'une soudure à ultrasons ou d'une bi-injection d'un joint directement sur l'optique 30.
[0023] Le positionnement de la LED est effectué de telle manière que le dôme 26 de la LED soit correctement positionné par rapport à l'optique 30 (en contact ou pas). Des pieds de positionnement 27 sont de préférence prévus pour positionner l'optique 30 par rapport au support, qui comporte avantageusement des trous 28 en vue de recevoir ces pieds de positionnement, et de centrer ainsi l'optique 30 par rapport à la LED. Des trous sur la base de l'optique permettent son maintien sur le support par des vis. Dans le cas de clipsage les trous de vis sont remplacés par des pions de clipsage et, dans le cas de soudure par ultrasons des lèvres seront prévues sur la périphérie de l'optique.
[0024] L'optique 30 est configurée de manière à réaliser un éclairage spécifique tel que décrit ci-dessus. Elle est de préférence constituée principalement d'une lentille 31 moulée en un matériau thermoformable transparent et comportant une surface d'entrée 33 dont la forme et l'aspect sont travaillés pour obtenir les résultats souhaités et une surface de sortie 36 qui présente également une géométrie particulière adaptée au cahier des charges en corrélation avec la géométrie de la surface à éclairer. Ladite surface de sortie 36 peut par exemple présenter une texture du type annulaire pour améliorer davantage l'homogénéité de la distribution sur la surface spécifiée.
[0025] Les fig. 3A et 3B représentent une vue respectivement en plan et en coupe longitudinale du dispositif d'éclairage 11 avec la source lumineuse 20 et l'optique 30. On notera que le profil de la lentille 31 et notamment le profil de sa surface d'entrée 33 et de sa surface de sortie 36 présente dans cet exemple une symétrie axiale dans ce sens, le faisceau de lumière étant étalé dans ce cas de façon similaire dans les deux directions longitudinales opposées. Cette caractéristique est visible sur la figure 1 qui montre la position relative de la source et de la surface éclairée et notamment la symétrie de l'éclairage dans le sens de la longueur du rectangle correspondant à ladite surface éclairée.
[0026] La fig. 3C est une vue en coupe transversale du dispositif d'éclairage 11 représenté par la fig. 3A. On notera que le profil intérieur, c'est-à-dire la surface d'entrée 33 de la lentille 31 est complexe et intègre une protubérance sous la forme d'au moins un tronçon de ménisque convergent 34 dont a surface S2 est réfléchissante, cette surface pouvant être métallisée de manière à augmenter son effet miroir.
[0027] Cet élément a globalement comme fonction de modifier le faisceau émis par la source lumineuse 20, dont la caractéristique initiale est la géométrie circulaire, en un faisceau structuré décalé latéralement et étalé de manière sensiblement uniforme sur toute la surface éclairée.
[0028] Les fig. 4A et 4B illustrent le trajet optique des rayons lumineux émis par la source lumineuse 20 à travers l'optique 30 dans les deux directions respectivement longitudinale X et transversale Y du faisceau. Dans l'exemple représenté, les deux rayons R1d et R1g, d'une part, et les deux rayons R2d et R2g, d'autre part, sont respectivement symétriques par rapport à un axe Z passant par le centre O de la source lumineuse émettrice 20. Le rayon R3 émis par la source 20 pénètre dans l'optique 30 par une surface convexe d'entrée S1 en un point M, le rayon réfracté correspondant à ce rayon R3 est réfléchi en un point N de la surface réfléchissante S2 du tronçon de ménisque 34 et ressort de l'optique 30 en un point P de la surface de sortie 36 de l'optique 30.
La surface réfléchissante S2 étant à réflexion totale, pratiquement toute la lumière qui pénètre dans le tronçon de ménisque 34 est renvoyée vers le secteur de la surface de sortie 36 qui est localisée d'un côté de la ligne D2 (voir fig. 1) passant par le centre de la source 20 et perpendiculaire au plan de symétrie D1. On notera que ce rayon étant dévié, l'éclairage qu'il produit est décalé de manière à se rapprocher de l'axe de la source. Les rayons R4, R5 et R6 pénètrent dans l'optique 30 par une surface convexe S3, dont le rayon de courbure est progressivement décroissant, et ressortent de cette optique 30 par la surface de sortie 36 profilée pour que la lumière soit étalée, sensiblement uniformément sur toute la largeur du rectangle éclairé, représenté à titre d'exemple par la figure 1.
[0029] Les zones périphériques 10b, 10c et 10d (voir figure 1) à éclairage progressivement décroissant se superposent à des zones périphériques similaires à éclairage progressivement croissant de telle manière que la somme des intensités lumineuses soit sensiblement constante. En outre, afin que les superpositions de zones ne soient pas critiques au point de créer des lignes ou des taches lumineuses suréclairées ou sombres, la surface d'entrée 33 de l'optique 30 comporte au moins une et de préférence deux plages dépolies Pa et Pb qui ont pour fonction de disperser une partie du rayonnement et de l'étaler sur la surface à éclairer dans les zones périphériques mentionnées ci-dessus afin d'obtenir une optimisation de la distribution et de l'homogénéité de la lumière sur toute la surface spécifiée.
Les formes et les positions de ces plages dépolies Pa et Pb sont fonction de l'application et de ladite surface déterminée.
[0030] La figure 5 représente une source lumineuse 20 avec son optique 30, qui est destinée à éclairer une surface qui correspond majoritairement à une voie de circulation routière et minoritairement à un trottoir attenant. La ligne A1 correspond à l'axe perpendiculaire à la surface à éclairer. La ligne A2 correspond à l'axe optique de la lentille. Les deux lignes A3 et A4 délimitent le faisceau lumineux tel qu'il est émis par la source lumineuse 20. La ligne A3 définit le faisceau du côté du trottoir et la ligne A4 définit le faisceau du côté route. La distance entre le point B1 et le point B3 correspond sensiblement à la largeur de la bande éclairée du côté du trottoir. La distance entre le point B1 et le point B4 correspond sensiblement à la largeur de la bande éclairée du côté de la route.
Cette répartition de l'éclairage est obtenue à la fois par la disposition, notamment l'inclinaison relative du dispositif d'éclairage 11, et en particulier de la lentille par rapport à la surface à éclairer, mais surtout grâce à la configuration spécifique de cette lentille. On notera que l'angle d'inclinaison a du dispositif d'éclairage 11 sera fonction de l'application. Il devrait être de 0[deg.] dans la majeure partie des applications.
[0031] Les fig. 6A et 6B représentent les angles de projection longitudinaux L (Lg et Ld) et les angles de projection latéraux T (côté trottoir) et R (côté route), associés à un angle d'inclinaison possible du dispositif d'éclairage par rapport à la surface déterminée à éclairer, ces angles étant fonction de l'application et de ladite surface déterminée.
[0032] Il est bien évident que diverses modifications pourraient être apportées au dispositif en fonction de la forme géométrique de la surface à éclairer. L'exemple de réalisation décrit mentionne essentiellement une source lumineuse du type LED associée à une optique unique. Pour l'éclairage public, une seule source n'est généralement pas suffisante et il convient de regrouper un ensemble de sources du type LED et de leur associer à chacune une optique dédiée, ou d'associer à l'ensemble une optique unique profilée de façon appropriée.
Technical area
The present invention relates to a lighting device for illuminating a given surface, by means of at least one said extended light source type of light emitting diode (LED) or organic light-emitting diode (OLED), said determined surface to be illuminated having a specific geometry and said light source having a geometric position defined with respect to said determined surface to be illuminated, this light source being associated with a specific optical structuring of the illumination of said determined surface.
Prior art
The search for the economy of energy consumption leads manufacturers of lighting devices, particularly in the context of lighting large outdoor surfaces, such as for example public lighting areas, or areas of activity that must remain lit up all night for security reasons or professional reasons, to design solutions more economical than current systems. Most current lighting devices have light sources that emit spherical light radiation, whereas the need is usually limited to lighting a substantially flat surface at ground level. In addition, the light sources are usually mounted on masts and radiate more or less symmetrically around this mast.
As a consequence, a majority of the light emitted is distributed in pure loss with respect to the desired objective, so that it is necessary to increase the overall power of the light source to be able to have adequate lighting of the light. surface to be illuminated, regardless of the losses observed due to an uncontrollable spatial distribution of the light source outside this surface. As a result, the actual consumption recorded is much higher than the theoretical consumption required to ensure proper illumination of the surface concerned.
Various solutions have been proposed, such as for example enclosing the light source in a volume having a reflective surface to ensure a better distribution of the emitted light and a return beams in the direction of the surface to be illuminated. Nevertheless, these solutions that have become conventional do not respond satisfactorily to this search for economic solutions. New light sources that meet the need for consumer economics have appeared on the market. These are so-called extended light sources, of the type with light-emitting diodes, commonly called LEDs (light emitting diode). Used individually or mounted in groups; their emitting power is sufficient to ensure efficient lighting on economic consumption bases.
However, they have an intensity diagram which has substantially a symmetry of revolution, so that they are not suitable to be used directly to illuminate in a homogeneous manner a non-circular surface, for example a rectangular surface, as is the case for public lighting, for example a road, a yard, a storage area, etc. In addition, for road lighting, the surface to be illuminated is often off-center with respect to the light source. Indeed, the surface to be illuminated is generally in the form of a long strip composed of juxtaposed substantially rectangular elementary surfaces each of which corresponds to a given light source, the complete strip being illuminated by a series of light sources spaced apart from each other .
One of the constraints imposed for the lighting of such a band of substantially rectangular elementary surfaces is that the juxtaposed rectangles are not superimposed so that the lighting of the entire strip is homogeneous and does not have over-lit areas due to the local superimposition of adjacent elementary surfaces.
Presentation of the invention
The innovative solution proposed solves the problem of the homogeneous distribution of the illumination of a surface, in particular of a rectangular surface, from an extended light source, the light-emitting diode type or the type to Organic light emitting diode, off-center, and has the advantage of ensuring a significant saving of energy consumed compared to traditional lighting.
The lighting device according to the invention is in fact a set composed of a light source and associated optical sound, the light source may include one or more power LEDs. The use of a single lighting device distributes the light flux over the entire surface to be illuminated. It shall be ensured that the mechanical structure on which the lighting device is mounted does not give rise to light pollution.
To achieve this goal, the lighting device according to the invention, as defined in the preamble, is characterized in that said specific structuring optics comprises at least one optical lens for structuring the illumination of said determined surface. said lens having an input surface of the light rays emitted by said light source and an output surface of said light rays having passed through said optical lens, and in that said input surface of the optical lens is configured to overlap the illumination zone of said light source with said determined surface to be illuminated, said output surface of the optical lens being arranged to render the illumination uniform over the whole of said determined surface.
According to a first preferred embodiment wherein said determined area to be illuminated is at least partially off-center with respect to said light source, said output surface of the optical lens structuring the illumination of said determined surface has a plane of symmetry disposed along a longitudinal axis passing through the light source and at least one asymmetrical plane disposed along a transverse axis passing through the light source, said planes being oriented according to a given section of the surface to be illuminated.
According to a second preferred embodiment in which said determined area to be illuminated is at least partially off-center with respect to said light source, said output surface of the optical lens for structuring the illumination of said determined surface has a plane asymmetrically disposed along a longitudinal axis passing through the light source and at least one asymmetric plane disposed along a transverse axis passing through the light source, said planes being oriented according to a given section of the surface to be illuminated.
[0009] Said input surface of the light rays of said optical lens structuring the illumination of said determined surface advantageously comprises at least one reflecting zone arranged to return a portion of the light rays emitted by said light source and originating from the surface input of said optical lens, on at least a portion of said determined surface to be illuminated.
Said input surface of said optical lens for structuring the illumination of said determined surface advantageously integrates at least one convergent meniscus section of which one of the surfaces is reflective.
Said entrance surface preferably comprises at least one frosted beach whose function is to distribute a portion of the light rays emitted by the light source to obtain a spread of the luminous flux on the surface to be illuminated and optimize the homogeneity of the luminous level on the surface to be illuminated.
According to a particular embodiment, the device comprises a set of said extended light sources, of the light-emitting diode (LED) type or of the organic light-emitting diode (OLED) type, each of the light sources being individually associated with an optical system. structuring the illumination of said determined surface.
According to another particular embodiment, the device comprises a set of said extended light sources, of the light-emitting diode (LED) type, or of the organic light-emitting diode (OLED) type, this set of light sources being associated globally. to an optical structuring of the illumination of said determined surface.
Said optical lens for structuring the illumination of said determined surface can be made by molding in a transparent material.
Said light source may be positioned in an interior space defined by the entrance surface of said optical lens for structuring the illumination of said determined surface.
The device may advantageously comprise a gas, a liquid, an optical gel or the like disposed between said light source and said optical lens for structuring the illumination of said surface, said gas, liquid, optical gel or the like having properties specific optics to increase the optical performance of the lighting device.
Brief description of the drawings
The present invention and its advantages will appear better in the following description of an embodiment given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which:
<tb> fig. 1 <sep> represents a surface to be illuminated and the distribution of the illumination of this surface with an off-center source used in the device according to the invention,
<tb> fig. 2 <sep> represents a perspective view of a light source of the power LED type used to illuminate the surface of FIG. 1
<tb> figs. 3A, 3B and 3C <sep> are views respectively in plan and in longitudinal and transverse section of a lighting device according to the invention,
<tb> figs. 4A, 4B <sep> are views respectively in longitudinal and transverse section with the path of the light rays emitted by the light source on the input and output face of the lens of the device according to the invention,
<tb> fig. <Sep> is a schematic view illustrating the relative positioning of the lighting device and a surface such as a road to be illuminated, and
<tb> figs. 6A and 6B <sep> are views that illustrate the longitudinal projection angles and lateral projection angles of the curb side and the road side.
Best way to realize the invention
FIG. 1 is a diagrammatic plan view illustrating, the determined surface 10, which has for example a substantially rectangular shape, by means of a lighting device 11 comprising one or more light sources 20 so-called extended type LED. The surface 10 is divided into several sectors 10a, 10b, 10c, 10d which substantially correspond to rectangles inscribed in each other and which have decreasing dimensions. These rectangles are in fact lighting zones whose lighting is increasing when the dimensions are decreasing. Indeed, the inner area that corresponds to the rectangle 10a is the most illuminated. The illumination of the surface 10 is symmetrical along a plane of symmetry D1 which passes through the center of the light source 20.
The perpendicular plane designated D2 through the center of the source 20 divides the surface 10 into a front main illuminated area, which is the widest and a rear secondary illuminated area of reduced width.
Similarly, it is also possible to obtain an asymmetry of the illumination of the surface 10 with respect to a plane D1 which passes through the center of the light source 20 and thus to obtain a left main illuminated area more extensive than a right secondary illuminated zone or vice versa, the perpendicular plane D2 passing through the center of the source 20 dividing the surface 10 into a front main illuminated area, which is the widest and a rear secondary illuminated area of reduced width.
This controlled distribution is obtained by means of the lighting device 11 so that one can obtain a homogeneous illumination, for example on an illuminated strip corresponding to the juxtaposition of surfaces 10, for example to illuminate a road . The zones 10b, 10c, and 10d with progressively decreasing illumination of a first surface 10 to be illuminated by means of a first illumination device 11 are superimposed on the areas with progressively increasing illumination 10d, 10c, and 10b of a second surface. to illuminate 10, adjacent to said first surface to be illuminated, by means of a second illumination device 11.
The lighting device 11 consists of one or more light sources 20 and one or more optics 30 consisting essentially of an optical lens 31. The light source 20, such as that shown in FIG. . 2, mainly comprises an LED extended source 21, for example an LED of the company CREE, model XR-E, mounted on a support such as a printed circuit of the FR4 type, for example, a reflector 22, a substrate 23 and a dome 26. The reflector 22 consists of a metal or metal ring which surrounds the base of the dome 26, this ring being mounted on the substrate 23. The substrate 23 consists of a plate carrying the source and the connection terminals to a supply of electrical energy.
The optical 30, as described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4, is preferably positioned precisely on the LED and fixed on its support by screwing, gluing, clipping, welding or any other means. The assembly assembled, optical and support, must be perfectly sealed and allow to protect the source of the ambient air. This seal can be obtained by using a waterproof glue, an O-ring or flat, an ultrasonic weld or a bi-injection of a seal directly on the optics 30.
The positioning of the LED is performed in such a way that the dome 26 of the LED is correctly positioned relative to the optics 30 (in contact or not). Positioning feet 27 are preferably provided for positioning the optics 30 relative to the support, which advantageously comprises holes 28 for receiving these positioning feet, and thus to center the optics 30 with respect to the LED. Holes on the base of the optics allow it to be held on the support by screws. In the case of clipping the screw holes are replaced by clipping pins and, in the case of ultrasonic welding lips will be provided on the periphery of the optics.
The optical 30 is configured to achieve a specific illumination as described above. It is preferably composed mainly of a lens 31 molded in a transparent thermoformable material and having an entrance surface 33 whose shape and appearance are worked to obtain the desired results and an outlet surface 36 which also has a geometry particular adapted to the specifications in correlation with the geometry of the surface to be illuminated. Said outlet surface 36 may for example have a ring-like texture to further improve the homogeneity of the distribution on the specified surface.
Figs. 3A and 3B show a view respectively in plan and in longitudinal section of the lighting device 11 with the light source 20 and the optic 30. Note that the profile of the lens 31 and in particular the profile of its input surface 33 and in this example, its exit surface 36 has axial symmetry in this direction, the light beam being spread in this case similarly in the two opposite longitudinal directions. This characteristic is visible in Figure 1 which shows the relative position of the source and the illuminated surface and in particular the symmetry of the illumination in the direction of the length of the rectangle corresponding to said illuminated surface.
Fig. 3 3C is a cross-sectional view of the lighting device 11 shown in FIG. 3A. Note that the inner profile, that is to say the input surface 33 of the lens 31 is complex and incorporates a protuberance in the form of at least one convergent meniscus section 34 whose surface S2 is reflective, this surface can be metallized so as to increase its mirror effect.
This element has the overall function of modifying the beam emitted by the light source 20, whose initial characteristic is the circular geometry, into a structured beam shifted laterally and spread in a substantially uniform manner over the entire illuminated surface.
Figs. 4A and 4B illustrate the optical path of the light rays emitted by the light source 20 through the optics 30 in the two respectively longitudinal X and transverse directions Y of the beam. In the example shown, the two radii R1d and R1g, on the one hand, and the two radii R2d and R2g, on the other hand, are respectively symmetrical with respect to an axis Z passing through the center O of the emitting light source. 20. The radius R3 emitted by the source 20 enters the optics 30 by a convex input surface S1 at a point M, the refracted radius corresponding to this radius R3 is reflected at a point N of the reflecting surface S2 of the section of meniscus 34 and spring of the optics 30 at a point P of the exit surface 36 of the optics 30.
Since the reflective surface S2 is totally reflecting, substantially all of the light entering the meniscus section 34 is returned to the sector of the exit surface 36 which is located on one side of the line D2 (see FIG. by the center of the source 20 and perpendicular to the plane of symmetry D1. Note that this ray being deviated, the lighting it produces is shifted so as to approach the axis of the source. The spokes R4, R5 and R6 penetrate the optics 30 by a convex surface S3, the radius of curvature of which is gradually decreasing, and emerge from this optic 30 by the outlet surface 36 which is profiled so that the light is spread out, substantially uniformly. over the entire width of the illuminated rectangle, shown by way of example in FIG.
The peripheral zones 10b, 10c and 10d (see FIG. 1) with progressively decreasing illumination are superimposed on similar peripheral zones with gradually increasing illumination so that the sum of the light intensities is substantially constant. In addition, so that the overlays of zones are not critical to the point of creating lines or light spots that are over-lit or dark, the entrance surface 33 of the optics 30 comprises at least one and preferably two frosted beaches Pa and Pb whose function is to disperse a portion of the radiation and spread it on the surface to be illuminated in the peripheral zones mentioned above in order to obtain an optimization of the distribution and homogeneity of the light over the entire surface specified.
The shapes and positions of these frosted beaches Pa and Pb are a function of the application and of said determined surface.
Figure 5 shows a light source 20 with its optical 30, which is intended to illuminate a surface which mainly corresponds to a road traffic and in the minor way to an adjoining sidewalk. Line A1 corresponds to the axis perpendicular to the surface to be illuminated. Line A2 corresponds to the optical axis of the lens. The two lines A3 and A4 delimit the light beam as it is emitted by the light source 20. The line A3 defines the sidewalk beam and the line A4 defines the roadside beam. The distance between the point B1 and the point B3 corresponds substantially to the width of the strip illuminated on the side of the sidewalk. The distance between point B1 and point B4 corresponds substantially to the width of the illuminated strip on the road side.
This distribution of the lighting is obtained both by the arrangement, in particular the relative inclination of the lighting device 11, and in particular the lens relative to the surface to be illuminated, but above all thanks to the specific configuration of this lens. It will be noted that the angle of inclination a of the lighting device 11 will be a function of the application. It should be 0 [deg.] In most applications.
Figs. 6A and 6B represent the longitudinal projection angles L (Lg and Ld) and the lateral projection angles T (sidewalk side) and R (road side), associated with a possible angle of inclination of the lighting device with respect to the surface determined to illuminate, these angles being a function of the application and of said determined surface.
It is obvious that various modifications could be made to the device depending on the geometric shape of the surface to be illuminated. The exemplary embodiment described essentially mentions a light source of the LED type associated with a single optic. For public lighting, a single source is generally not sufficient and it is appropriate to group together a set of sources of the LED type and to associate each with a dedicated optics, or to associate with the set a single profiled optic of appropriate way.