CH701854A1 - Dispositif d'éclairage pour l'obtention d'un champ uniformément éclairé. - Google Patents

Abstract

Ce dispositif d’éclairage destiné essentiellement à la vérification du fonctionnement de cellules photovoltaïques comprend des groupes (5) de sources lumineuses (1) du lobe d’émission desquelles l’axe central est incliné par rapport à l’axe du lobe d’émission théorique, en raison de légers défauts de fabrication. Les sources d’un même groupe forment une série d’éléments numérotés consécutivement (1a, 1b, 1e, 1d). La direction (7) de la projection de chacun des axes centraux des lobes d’émission sur le plan (2) qui porte les sources lumineuses (1) forme un angle avec la direction de la source suivante de la série. La somme des angles est de 360°. L’addition des lobes orientés différemment les uns des autres aboutit à une compensation des défauts, le lobe résultant ayant substantiellement une symétrie correspondant au lobe théorique désiré. Pour obtenir l’effet désiré, il faut que les sources lumineuses d’un même groupe proviennent d’un même lot de fabrication, de façon qu’elles présentent les mêmes défauts.

Description

[0001] La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs d’éclairage destinés à obtenir un champ uniformément éclairé, et notamment aux dispositifs destinés à vérifier l’efficacité de cellules constituant un panneau photovoltaïque, aux dispositifs d’éclairage utilisés en photographie ou encore aux dispositifs destinés à la détection d’objets par des caméras.

[0002] Dans le domaine du test de cellules et modules photovoltaïques, une des tâches les plus difficiles consiste à obtenir un champ uniformément illuminé, de façon à rendre possible la caractérisation du rendement des cellules et modules en termes d’énergie produite par rapport à l’énergie reçue.

[0003] A cette fin, diverses méthodes sont appliquées.

[0004] L’une de ces méthodes consiste à utiliser des sources lumineuses aussi ponctuelles que possible et disposées le plus loin possible de la cible à tester. La difficulté réside principalement dans la réalisation d’une source suffisamment intense et de dimensions suffisamment réduites pour que l’intensité du rayonnement soit semblable à celle du soleil et que l’uniformité soit suffisante sur la cible.

[0005] Une autre méthode consiste dans l’utilisation de sources lumineuses multiples, à large faisceau d’émission et disposées en face des modules à tester, de façon que l’irradiation soit uniforme au centre de la zone. Dans ce cas, la difficulté est principalement d’obtenir des intensités égales de chacune des sources, ainsi que des lobes d’émission qui se recouvrent et sont suffisamment constants pour assurer une uniformité suffisante dans la zone utile.

[0006] Une autre méthode encore consiste dans l’utilisation de moyens optiques complexes, et plus particulièrement d’une source ponctuelle et d’un miroir parabolique. Dans ce cas, la difficulté est non seulement d’obtenir une source suffisamment petite et intense, mais encore de fabriquer des miroirs de grandes dimensions, de l’ordre de deux mètres de diamètre, ce qui est malaisé.

[0007] L’invention vise à fournir un dispositif simple et peu onéreux permettant d’obtenir une uniformité du champ éclairé à partir de plusieurs sources lumineuses.

[0008] L’invention est définie dans les revendications.

[0009] Les dessins représentent, à titre d’exemples et schématiquement, deux formes d’exécution de l’invention, et les lobes d’émission lumineuse de plusieurs sources. <tb>La fig. 1<sep>représente schématiquement une source lumineuse qui émet de la lumière vers le haut, le lobe d’émission théorique figurant en pointillé et le lobe réel en trait continu. <tb>La fig. 2<sep>représente schématiquement une première forme d’exécution du dispositif selon l’invention, dans lequel les sources lumineuses sont disposées par groupes de quatre. <tb>La fig. 3<sep>montre le lobe d’émission résultant de l’addition de deux lobes 30 différents, les deux lobes étant peu divergents. <tb>La fig. 4<sep>montre le lobe d’émission résultant de l’addition de deux lobes différents, les deux lobes étant nettement divergents <tb>La fig. 5<sep>représente schématiquement une seconde forme d’exécution du dispositif selon l’invention, dans lequel les sources lumineuses sont disposées par groupes de huit. <tb>La fig. 6<sep>reprend la forme d’exécution de la fig. 2, en montrant la grille quadrillée selon laquelle sont disposées les sources lumineuses.

[0010] L’invention est fondée sur la constatation que différentes sources lumineuses, notamment des diodes luminescentes (LEDs) ou des lampes à incandescence associées à un réflecteur, émettent leur lumière selon un lobe dont la forme et l’inclinaison varient en fonction des paramètres de fabrication. Autrement dit, le lobe d’émission de chaque source est souvent différent du lobe théorique visé: au lieu que le lobe soit symétrique par rapport à l’axe passant par le centre de la source lumineuse et perpendiculaire au plan sur lequel est fixée la source, il est fréquemment asymétrique et son axe est incliné par rapport à l’axe perpendiculaire théorique. En pratique, les lobes sont en général similaires pour les pièces provenant d’une même série de fabrication. Leurs défauts tendent à être sensiblement les mêmes. Si donc l’on dispose ces sources lumineuses d’une même série sur un plan selon une grille régulière, avec la même orientation, leurs défauts auront tendance à s’ajouter les uns aux autres et à donner au champ illuminé des zones irradiées avec plus d’intensité que d’autres.

[0011] En vue d’éviter cet inconvénient, le dispositif selon l’invention dispose les sources lumineuses 1 sur le plan 2 auquel elles sont fixées en variant leur orientation l’une par rapport à l’autre, de manière à compenser les défauts et à améliorer l’uniformité générale de la lumière reçue par le module ou la cellule à tester.

[0012] L’orientation est facile à réaliser: en pratique, toutes les sources lumineuses sur le marché présentent une marque ou une forme asymétrique qui permet de les orienter. Bien entendu, c’est l’axe central 6 du lobe d’émission 3 de chaque source 1 qu’il s’agit d’orienter par rapport à l’axe central de la source suivante. Comme le marquage ou l’asymétrie de forme des sources lumineuses est en pratique défini et réalisé pendant le processus de fabrication, et que la source lumineuse ne subit pas de déplacement angulaire pendant ce processus avant le marquage ou la définition de sa forme, la forme ou la marque présente un angle défini et constant par rapport à l’axe central du lobe d’émission. Il est donc possible de se fier à cette forme ou à cette marque pour orienter les sources lumineuses les unes par rapport aux autres.

[0013] Pour obtenir une surface aussi uniformément éclairée que possible, il est nécessaire que les sources soient réparties en groupes 5. Dans chaque groupe, l’angle existant entre la direction d’une et la direction de la suivante doit être constant. Afin de rendre plus aisée la compréhension et la mesure des angles de ces directions, on parlera ici des projections des axes centraux 6 des lobes d’émission sur le plan 2 qui porte les sources lumineuses 1. La direction 7 de chacune de ces projections fait avec la direction suivante un angle déterminé. On parle ici de direction suivante ou de source suivante du fait que l’on attribue aux sources lumineuses de chaque groupe 5 un rang déterminé dans une série d’éléments consécutifs, chaque source constituant l’un de ces éléments.

[0014] Pour que la compensation soir réalisée sur l’entier de la surface visée, il faut disposer d’au moins quatre sources. Ainsi, la fig. 2 montre des groupes 5 comprenant chacun quatre sources lumineuses 1, ces quatre sources sont numérotées respectivement 1a, 1b, 1c et 1d.

[0015] La direction 7 de la projection de l’axe central 6 du lobe de la source la fait avec la direction 7 de la source suivante 1b de la série un angle de 90°. De même, la direction de la source 1b fait un angle de 90° avec celle de la source suivante 1c, la direction de la source 1c fait un angle de 90° avec celle de la source 1d, et la direction de la source 1d un angle de 90° avec celle de la source 1a, première de la série.

[0016] On note que la somme des angles est égale à 360°, ce qui est indispensable si l’on veut obtenir un champ uniformément éclairé.

[0017] Une configuration de plus de quatre sources par groupe, par exemple de six sources, dont chacune a une direction 7 qui s’écarte de 60° de la direction de la source suivante, est aussi possible. Elle a cependant l’inconvénient d’élargir la base à partir de laquelle la compensation est effectuée.

[0018] Cet inconvénient est évidemment encore plus marqué dans la forme d’exécution montrée à la fig. 5, dans laquelle les sources lumineuses sont au nombre de 8, l’angle entre la direction de chaque source avec la direction de la source suivante étant de 45°.

[0019] Les groupes 5 de quatre sources ou plus peuvent théoriquement être) multipliés à l’infini, la fig. 2montre ainsi un ensemble de quatre groupes 5 de quatre source lumineuses 1 chacun.

[0020] De préférence, dans le dispositif comprenant des groupes 5 de quatre sources chacun, qui est la forme préférée d’exécution de l’invention, on > répartit les groupes selon une grille 8 quadrillée, comme le montrent les fig. 2 et 6.

[0021] Il est également possible de recourir à des grilles présentant un maillage d’une autre forme, par exemple une grille en nid d’abeille. Il est aussi) possible de superposer deux grilles différentes, ou plus de deux grilles. Enfin, on peut disposer des groupes organisés selon une grille, par exemple des groupes de quatre sources disposées en carré, les groupes étant placés selon une grille non quadrillée, par exemple en nid d’abeille. Dans ce cas, chaque groupe est placé à l’angle d’un hexagone.

[0022] Pour que la compensation fonctionne, il faut que les sources incorporées dans un même groupe présentent substantiellement les mêmes défauts. Il faut donc en pratique que les sources insérées dans un même groupe proviennent d’un même lot de fabrication. Cela n’empêche pas que le même) illuminateur soit composé de sources lumineuses provenant de lots différents, pourvu que les sources d’un même groupe appartiennent au même lot de fabrication.

[0023] Les fig. 3 et 4 montrent comment s’opère la compensation. Les lobes: d’émission réels 3 émanent chacun d’une source orientés à 180° de l’autre, c’est par exemple le cas des sources la et le dans les fig. 2 et 6. Ces deux sources sont placées l’une devant l’autre. Les axes centraux 6 des lobes • réels 3 s’écartent symétriquement de l’axe théorique 4 qui est perpendiculaire au plan 2 qui porte la source 1. Le lobe d’émission résultant 9, représenté en trait gras, est plus large que le lobe théorique 10 montré en pointillés à la fig. 1, mais son axe de symétrie se confond avec l’axe théorique 4.

[0024] Dans le cas représenté à la fig. 4, les lobes individuels 3 sont très écartés l’un de l’autre, de sorte que le lobe résultant présente une dépression centrale. Cela n’affecte cependant pas la symétrie et la perpendicularité du lobe résultant, qui sont des facteurs déterminants pour l’uniformité de l’ensemble.

[0025] La première application du dispositif selon l’invention est la mesure de modules et de cellules photovoltaïques, pour laquelle il est important que l’illumination sur l’ensemble de la surface soit aussi constante que possible, la précision de la mesure des caractéristiques ces modules ou cellules étant directement influencée par cette plus ou moins grande constance.

[0026] Comme cela a été indiqué plus haut, le dispositif objet de l’invention peut aussi être utilisé en photographie. Dans ce dernier domaine, il est également important que l’illumination soit constante pour que la reproduction, notamment de documents ou plans de toutes sortes, soit aussi fidèle que possible.

[0027] Un troisième domaine d’application est la détection d’objets par un système de caméras, l’uniformité du champ éclairé améliorant la localisation de l’objet en évitant des ambiguïtés.

Claims (7)

1. Dispositif d’éclairage, comprenant plusieurs sources lumineuses (1) placées sur un même plan (2) et aptes à envoyer des rayons lumineux dans une direction non parallèle audit plan, caractérisé en ce que chaque source lumineuse a un lobe d’émission lumineuse (3) qui n’est pas symétrique par rapport à l’axe (4) passant par le centre de ladite source lumineuse perpendiculairement au plan (2), et en ce que lesdites sources lumineuses sont disposées par groupes (5), chaque source lumineuse d’un même groupe étant placée de façon que l’axe central (6) de son lobe d’émission lumineuse (3) soit orienté dans une direction différente de celles des axes centraux des lobes d’émission lumineuse des autres sources lumineuses du même groupe.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les angles formés par les projections (7) des axes centraux (6) des lobes d’émission des sources lumineuses d’un même groupe sur le plan (2) et formant une série de sources consécutives sont égaux et ont une somme de 360°.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un groupe (5) comprenant au moins quatre sources lumineuses dont chacune est placée à l’un des sommets d’un quadrilatère rectangle.

4. Dispositif selon l’une des revendication 1 à 2, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un groupe (5) comprenant six sources lumineuses dont chacune est placée à l’un des sommets d’un hexagone.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’hexagone est régulier.

6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs groupes (5) disposés selon une grille (8) quadrillée.

7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs groupes (5) disposés selon une grille (8) en nid d’abeilles.