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.