EP0032273B1 - Système d'éclairage à sources intenses de faibles dimensions - Google Patents

Système d'éclairage à sources intenses de faibles dimensions Download PDF

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EP0032273B1
EP0032273B1 EP80201244A EP80201244A EP0032273B1 EP 0032273 B1 EP0032273 B1 EP 0032273B1 EP 80201244 A EP80201244 A EP 80201244A EP 80201244 A EP80201244 A EP 80201244A EP 0032273 B1 EP0032273 B1 EP 0032273B1
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EP
European Patent Office
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lighting
rays
light
source
pencil
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EP80201244A
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German (de)
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EP0032273A1 (fr
Inventor
Francis Schreder
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Financiere Des Applications De L'electricite Sa
Original Assignee
Financiere Des Applications De L'electricite Sa
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Publication date
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Publication of EP0032273A1 publication Critical patent/EP0032273A1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
    • F21V13/04—Combinations of only two kinds of elements the elements being reflectors and refractors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V2200/00—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems
    • F21V2200/40—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems of hollow light guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V25/00—Safety devices structurally associated with lighting devices
    • F21V25/12—Flameproof or explosion-proof arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/10—Outdoor lighting
    • F21W2131/101—Outdoor lighting of tunnels or the like, e.g. under bridges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21W2131/10—Outdoor lighting
    • F21W2131/105—Outdoor lighting of arenas or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/40—Lighting for industrial, commercial, recreational or military use

Definitions

  • the present invention relates to a lighting method according to which a light flux is generated by an intense source of small dimension, the light flux is concentrated in at least one light beam which has a small angular opening and which is directed on at least one surface illuminating.
  • the method and the device according to the invention apply more particularly to the lighting at low and medium height of buildings accessible to the public such as railway stations, metro stations, hospital corridors, stores with multiple departments, tunnels and sports complexes, so as to obtain uniform lighting over a large area, making it possible to avoid any dazzling and / or flickering effect.
  • low-rise rooms (3 to 4 m) are generally rooms where visual comfort is a key factor in lighting quality.
  • Interior lighting standards limit glare by imposing maximum luminance values of devices according to the angle of observation (for rooms intended for a difficult visual task of the order of 3500 cd / m2 at 55 ° and of 1500 cd / m2 at 85 °).
  • An interior lighting installation is however not only characterized by a value of average horizontal illumination achieved, but also, for example, by the uniformity of this illumination and by the ratio of vertical illumination / horizontal illumination.
  • French patent application FR-A-2 360 823 proposes for this purpose an installation comprising an optical device directing the intense light flux in a light guide, the surfaces of which are arranged at an acute angle with respect to the another, one being made so as to reflect the light flux and the other, oriented towards the space to be illuminated comprising alternately zones allowing light to pass and reflective zones.
  • a lighting device comprising a light source consisting of a solar collector or an artificial light source, possibly a coupler and a distributor device which distributes in space a divergent beam of light.
  • the major drawback of the device described is the low efficiency of the coupler device which injects the light beam into the light pipe.
  • the quality of the lighting leaves something to be desired since the resulting luminous flux is multidirectional.
  • the device described does not eliminate the effects of dazzling and does not ensure an even distribution of the flux over the entire surface to be illuminated.
  • the object of the present invention has been to design a new lighting method using intense sources of small dimensions and producing an extended illuminating surface, of substantially uniform luminance and from which comes, at all points, a substantially united flux. directional.
  • the new lighting method according to the invention is mainly characterized by the fact that, using a concentrator-distributor device, a light flux emitted by an intense source of small dimensions is modulated in at least one light beam of low angular aperture which is directed on at least one illuminating surface in order to distribute the light therein, characterized in that each aforementioned light beam is judiciously directed with a grazing incidence on a series of prismatic refractors arranged in the manner of 'an optical network at an illuminating surface (6) extending longitudinally with respect to the light beam and on at least one surface which reflects light and extends obliquely with respect to the light beam and the aforementioned optical network.
  • the flux emitted by the source can in particular be molded by the concentrator / distributor device.
  • the reflection surfaces intended to intercept the part of the light flux which does not directly reach the illuminating surface (s) of the lighting device preferably form a conductive corridor and light flux distributor, comprising a single, flat upper reflection surface and two flat lateral reflection surfaces, defining an enclosure of trapezoidal sections, the upper reflection surface of which is inclined relative to the longitudinal axis of the corridor and the lateral reflection surfaces are arranged parallel to and symmetrically with respect to this longitudinal axis of the corridor.
  • the concentrator / distributor device may include a reflector element of any shape provided with openings in directions perpendicular to the axis of reflection of said element, and containing converging lenses arranged so that their focal points are common and their axes are directed towards said openings, this optical device being intended to distribute the light flux from a source placed at the focal points of said lenses into several beams of narrow angular opening, directed in directions perpendicular to the axis of said reflective element, in a number equal to the number of openings in said reflective element, and in a radiation in the direction of the axis of said reflector, constituted by the residual flux which is not not intercepted by said lenses.
  • the new system and the new lighting devices according to the invention comprising a concentrator / distributor device intended to concentrate the light flux from the source and to distribute it over a lighting surface of substantially uniform luminance and optionally a diffuser device intended to orienting the outgoing radiation according to a predetermined substantially multidirectional distribution may, in addition, include in certain particular embodiments, conductive elements, of any cross section, intended to conduct by light reflection from one end to the other the light rays which pass through them and which are not parallel to their generator, and / or distributing devices intended to modify the direction of the light rays.
  • These distributing devices which may in particular be constituted by reflectors or prisms with total reflection, serve, where appropriate, to deflect the light flux emanating from the concentrating device or from a conducting element in the direction of a distributing device for the systems. and devices according to the invention.
  • the aim sought by the lighting system and devices according to the invention is to create, from a high power source, a luminous surface of maximum length and uniform luminance.
  • One of the principles of the new system is to centralize one or more sources in an optical system where thermal, electrical, etc. problems are located, and from which the light is distributed and directed towards "light guides or distributors" (devices dispatchers).
  • FIGS. 1 to 9 Countless modes of implementing the principle of the invention are conceivable as illustrated in FIGS. 1 to 9.
  • the elements of the diffuser device 21 or light surfaces 6 can form curved or broken lines (FIG. 6);
  • the reflector is provided with openings 18 allowing the flow passing through the lenses to intercept the residual flow which it directs downwards (FIG. 10).
  • the distributor elements 5 possibly used in the devices according to the invention preferably consist of simple reflectors 19 (FIG. 11) or total reflection prisms 20 (FIG. 12).
  • the role of the distributing devices 100 is to distribute in a substantially uniform manner over the surface of the diffusing device the light flux received either directly from the concentrating device, or by means of a conductive element or a dispensing device.
  • the illuminating surface of these diffusing devices constitutes either continuous luminous surfaces, or light modules of variable dimensions, adapted to the architectural arrangements, and connected by conductors.
  • FIGS. 13, 14, 15 and 16 Some examples of possible embodiments for the shape of the distributing devices 100 and of the diffusing devices 21 are shown in FIGS. 13, 14, 15 and 16.
  • FIGS. 13 and 14 respectively show a longitudinal and transverse section of a distributor 100 - diffuser 21 system intended to produce a continuous light surface 6.
  • the light surface 6 can be constituted by the diffuser device 21.
  • the distributing devices consist of three parts: the roof 22, the walls 23 and the light base 6 which can be formed by the diffusing device 21.
  • the function of the roof 22 and the walls 23 is to conduct and distribute the light flux uniformly towards the base 6 by reflection.
  • the shape of the roof 22, its inclination as well as that of the walls 23 are studied as a function of the dimensions of the distributor device so as to ensure a regular distribution of the flow towards the base.
  • the roof 22 has a vertical component; it must therefore be inclined with respect to the horizontal so that it intercepts the light rays, mainly horizontal, and reflects them downwards.
  • the angle formed by the “roof” 22 and the horizontal is a function of the height and the length of the distributor device, the light rays only undergoing a single reflection on the roof 22.
  • the goal is to create a light surface with uniform luminance.
  • This surface must have a maximum length which is a function of the concentration produced by the reflector.
  • the distributing device must have a finite width, therefore there must be side walls 16.
  • the role of the walls 23 is therefore to concentrate the flow coming from the source 1 or from the roof 22, to direct it downwards and to distribute it substantially equally over the entire length of the diffuser device 21.
  • These walls 23 receive light rays coming either from the concentrator device, or from the roof 22, or from the opposite wall and return them either to the base 21, or to the roof 22, or to the other wall.
  • FIG. 15 shows, in longitudinal section, another example of a distributor system 100 - diffuser 21 intended to produce a continuous light surface 6
  • FIG. 16 shows, in longitudinal section, an example of a distributor system 100 - diffuser 21 intended to produce produce several light surfaces in module form 7.
  • the diffusing devices 21 may in turn simply consist of translucent surfaces, but are, according to the invention, preferably formed of an element 21 which directs the light flux towards the ground, either by reflection, diffusion or refraction; they are formed either by deflectors, reflectors or by a prismatic protector.
  • the diffusing devices according to the invention are preferably made from refractors which intercept all the flow directed towards the base and distribute it towards the room by controlling its distribution. These refractors are calculated so as to capture the rays emitted by the distributor device and reaching it under a grazing incidence and to reorient them in a direction mainly making an angle between -30 ° and 30 ° relative to the perpendicular to its surface. illuminating when flat and horizontal. To obtain this result, the property of total reflection inside a prism is used almost exclusively.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une méthode d'éclairage suivant laquelle on génère un flux lumineux par une source intense de faible dimension, on concentre le flux lumineux en au moins un faisceau lumineux qui présente une faible ouverture angulaire et qui est dirigé sur au moins une surface éclairante.
  • Elle concerne également un dispositif d'éclairage ou luminaire mettant en oeuvre la méthode d'éclairage précitée.
  • La méthode et le dispositif selon l'invention s'appliquent plus particulièrement à l'éclairage à faible et moyenne hauteur de bâtiments accessibles au public tels que gares de chemins de fer, stations de métro, couloirs d'hôpitaux, magasins à rayons multiples, tunnels et complexes sportifs, de manière à obtenir un éclairage uniforme sur une grande surface, permettant d'éviter tout effet éblouissant et/ou de papillotement.
  • Depuis des années, en éclairage extérieur comme en éclairage intérieur à grande hauteur (>10 m), les lampes à décharge sont pratiquement les seules à être utilisées et sont amenées à remplacer les anciennes installations réalisées en tubes fluorescents.
  • Ces lampes à décharge (dans les vapeurs de mercure, sodium, halogénures, etc.) présentent, par rapport aux tubes fluorescents, les avantages d'un rendement lumen/watt plus élevé, d'une limite de puissance beaucoup plus élevée et d'un faible encombrement.
  • Grâce à ces sources, on a pu développer des appareils d'éclairage public et d'éclairage intérieur à grande hauteur très performants, de plus faible encombrement, qui ont permis de réaliser des installations plus économiques, aussi bien en coût de premier investissement qu'en frais d'exploitation, et ce, par une diminution du nombre d'appareils et de la puissance installée.
  • Le handicap du tube fluorescent sur le plan économique, à savoir sa limite de puissance et sa grande dimension, lui procure cependant deux avantages importants sur le plan photométrique en éclairage à faible hauteur, à savoir sa fauible luminance et les faibles rapports espacement entre les appareils d'éclai- rage/hauteur d'installation.
  • Le problème d'éblouissement rencontré dans toutes les techniques d'éclairage est d'autant plus délicat que la hauteur d'installation est faible. De plus, les locaux à faible hauteur (3 à 4 m) sont en général des locaux où le confort visuel est un facteur primordial de qualité d'éclairage. Les normes d'éclairage intérieur limitent l'éblouissement en imposant des valeurs maximales de luminance des appareils suivant l'angle d'observation (pour des locaux destinés à une tâche visuelle difficile de l'ordre de 3500 cd/m2 à 55° et de 1500 cd/m2 à 85°).
  • Une installation d'éclairage intérieur n'est cependant pas seulement caractérisée par une valeur d'éclairement horizontal moyen réalisé, mais aussi, par exemple, par l'uniformité de cet éclairement et par le rapport éclairement vertical/éclairement horizontal.
  • L'utilisation de lampes à décharge puissantes conduit à une diminution importante du nombre de sources, ce qui constitue un des buts recherchés et, par conséquent, à des rapports élevés espacement/hauteur d'installations.
  • Une conception traditionnelle d'appareils d'éclairage consistant à placer la source au foyer d'un réflecteur et d'envoyer un maximum de lumière vers le bas conduirait toutefois à la construction d'appareils de dimensions exagérées installés dans des conditions de rapport espacement/hauteur d'installation dans lesquelles il serait physiquement impossible de réaliser toutes les performances photométriques (uniformité, éclairement, ...) caractérisant une installation d'éclairage de qualité.
  • On a dès lors cherché à développer de nouveaux systèmes optiques qui assurent une répartition régulière d'un flux lumineux intense sur une surface étendue.
  • La demande de brevet français FR-A-2 360 823 propose à cet effet une installation comportant un dispositif optique dirigeant le flux lumineux intense dans un guide de lumière, dont les surfaces sont disposées sous un angle aigu l'une par rapport à l'autre, l'une étant réalisée de façon à réfléchir le flux lumineux et l'autre, orientée vers l'espace à éclairer comportant alternativement des zones laissant passer la lumière et des zones réfléchissantes.
  • Ce type d'installation ne s'avère toutefois pas satisfaisant quant à la qualité de l'éclairage car le dispositif diffuseur ne permet pas de réaliser une répartition prédéterminée de l'intensité lumineuse ni d'assurer une orientation prédéterminée du rayonnement d'intensité uniforme en vue par exemple de réduire l'ombre portée.
  • Le brevet américain US-A-4.152.752 propose un dispositif d'éclairage comportant une source de lumière constituée d'un collecteur solaire ou d'une source de lumière artificielle, éventuellement un coupleur et un dispositif distributeur qui répartit dans l'espace un faisceau de lumière divergent.
  • L'inconvénient majeur du dispositif décrit est le faible rendement du dispositif coupleur qui injecte le faisceau lumineux dans le conduit de lumière.
  • De plus, la qualité de l'éclairage laisse à désirer car le flux lumineux résultant est multi- directionnel. Le dispositif décrit n'élimine pas les effets d'éblouissement et n'assure pas une répartition régulière du flux sur toute la surface à éclairer.
  • L'objet de la présente invention a été de concevoir une nouvelle méthode d'éclairage utilisant des sources intenses de faibles dimensions et produisant une surface éclairante étendue, de luminance sensiblement uniforme et dont est issu, en tout point, un flux sensiblement unidirectionnel.
  • La nouvelle méthode d'éclairage selon l'invention se caractérise principalement par le fait qu'on module à l'aide d'un dispositif concentrateur-répartiteur, un flux lumineux émis par une source intense de faibles dimensions en au moins un faisceau lumineux de faible ouverture angulaire que l'on dirige sur au moins une surface éclairante en vue d'y distribuer la lumière, caractérisée en ce qu'on dirige judicieusement avec une incidence rasante chaque faisceau lumineux susdit sur une série de réfracteurs prismatiques ménagés à la manière d'un réseau optique au niveau d'une surface éclairante (6) s'étendant longitudinalement par rapport au faisceau lumineux et sur au moins une surface qui réfléchit la lumière et s'étend obliquement par rapport au faisceau lumineux et au réseau optique susdit.
  • Conformément à l'invention, le flux émis par la source peut en particulier être moulé par le dispositif concentrateur/répartiteur en. un faisceau lumineux ayant une ouverture angulaire inférieure à environ 5° avec une intensité lumineuse sensiblement uniforme sur la plus grande partie de sa section.
  • Egalement selon l'invention, on dirige le(s) flux lumineux d'intensité essentiellement uniforme issu(s) du dispositif concentrateur par l'intermédiaire d'un dispositif répartiteur essentiellement constitué d'un ensemble de surfaces de réflexion vers une ou des surfaces éclairantes et qu'on distribue et module celui-ci (ceux-ci) au niveau de la (des surface(s) éclairante(s) par la série de réfracteurs prismatiques en un rayonnement ayant
    • - une répartition angulaire essentiellement comprise entre -30 et 30° par rapport à une perpendiculaire à toute surface éclairante et dans un plan vertical passant par l'axe longitudinal de celle-ci;
    • - une répartition angulaire prédéterminée dans tout plan vertical transversal par rapport à chaque surface éclairante éventuellement courbre et passant par celle-ci, de manière à réaliser un éclairage de la surface à éclairer répondant aux critères d'uniformité en éclairement et/ou luminance.
  • Dans la méthode d'éclairage selon l'invention, le dispositif concentrateur/répartiteur est essentiellement constitué:
    • - d'éléments réflecteurs paraboloïdes et/ou cylindroparaboliques; et/ou d'éléments réfracteurs prismatiques; et/ou d'éléments réfracteurs convergents (lentilles); et/ou d'éléments de surface de réflexions directes ou multiples du flux lumineux issu de la source.
  • L'invention concerne également un nouveau dispositif d'éclairage utilisant au moins une source de lumière de faibles dimensions et comprenant au moins une enceinte dans laquelle est montée chaque source susdite, un dispositif destiné à former un ou plusieurs faisceaux à partir du flux lumineux issu de la source et une surface éclairante, caractérisé en ce qu'il comprend, englobé dans un même élément:
    • - un dispositif concentrateur/répartiteur du flux lumineux issu de la source, destiné à former à partir de ce flux un ou plusieurs faisceaux ayant une ouverture angulaire étroite;
    • - une série de réfracteurs prismatiques disposés au niveau d'une surface éclairante s'étendant longitudinalement par rapport au faisceau sur lequel est (sont) orienté(s) judicieusement ce(s) faisceau(x) selon une répartition essentiellement uniforme de l'intensité lumineuse; et
    • - un ensemble de surfaces de réflexion disposées obliquement par rapport au faisceau et à la série de réfracteurs prismatiques susdits de manière à intercepter la partie du flux lumineux qui n'atteint pas directement la (les) surface(s) éclairante(s) et à redistribuer cette partie du flux lumineux par réflexions directes et/ou multiples vers la (les) surface(s) éclairante(s).
  • Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif concentrateur/répartiteur suivant l'invention est essentiellement constitué
    • -d'un ou plusieurs éléments réflecteurs paraboloïdes ou cylindro-paraboliques, d'éléments réfracteurs prismatiques, et/ou d'éléments réfracteurs convergents (lentilles) et/ou d'éléments de surface de réflexions directes ou multiples du flux lumineux issu de la source.
  • Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, les surfaces de réflexions destinées à intercepter la partie du flux lumineux qui n'atteint pas directement la (les) surface(s) éclairante(s) du dispositif d'éclairage forment de préférence un couloir conducteur et répartiteur du flux lumineux, comprenant une surface de réflexion supérieure unique et plane, et deux surfaces de réflexion latérales planes, définissant une enceinte de sections trapézoïdales, dont la surface de réflexion supérieure est inclinée par rapport à l'axe longitudinal du couloir et les surfaces de réflexion latérales sont disposées parallèlement à et symétriquement par rapport à cet axe longitudinal du couloir.
  • Selon un mode de réalisation particulièrement approprié du système d'éclairage selon l'invention, le dispositif concentrateur/répartiteur peut comporter un élément réflecteur de forme quelconque pourvu d'ouvertures dans des directions perpendiculaires à l'axe de réflexion dudit élément, et contenant des lentilles convergentes disposées de façon à ce que leurs foyers soient communs et que leurs axes soient dirigés vers lesdites ouvertures, ce dispositif optique étant destiné à répartir le flux lumineux d'une source placée aux foyers desdites lentilles en plusieurs faisceaux d'ouverture angulaire étroite, dirigés dans des directions perpendiculaires à l'axe dudit élément réflecteur, en un nombre égal au nombre d'ouvertures dans ledit élément réflecteur, et en un rayonnement dans la direction de l'axe dudit réflecteur, constitué par le flux résiduel qui n'est pas intercepté par lesdites lentilles.
  • Le nouveau système et les nouveaux dispositifs d'éclairage selon l'invention comprenant un dispositif concentrateur/répartiteur destiné à concentrer le flux lumineux de la source et à le répartir sur une surface d'éclairage de luminance sensiblement uniforme et éventuellement un dispositif diffuseur destiné à orienter le rayonnement sortant selon une répartition prédéterminée sensiblement multidirectionnelle peuvent, en outre, comporter dans certaines réalisations particulières, des élements conducteurs, de section quelconque, destinés à conduire par réflexion multiple d'une extrémité à l'autre les rayons lumineux qui les parcourent et qui ne sont pas parallèles à leur génératrice, et/ou des dispositifs distributeurs destinés à modifier la direction des rayons lumineux.
  • Ces dispositifs distributeurs, qui peuvent notamment être constitués par des réflecteurs ou des prismes à réflexion totale, servent, le cas échéant, à dévier le flux lumineux émanant du dispositif concentrateur ou d'un élément conducteur dans la direction d'un dispositif répartiteur des systèmes et dispositifs selon l'invention.
  • Ces diverses caractéristiques de l'invention ainsi que d'autres détails de sa réalisation apparaîtront plus clairement dans la description qui suit concernant le principe fondamental et certains modes de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention, données à titre purement illustratif en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels:
    • - les figures 1 à 9 représentent schématiquement des vues en plan de la face inférieure de dispositifs d'éclairage selon l'invention;
    • ­- 1a figure 10 représente schématiquement une vue en coupe d'un dispositif optique selon l'invention pour concentrer le flux lumineux d'une source;
    • - les figures 11, 12 représenten schématiquement des dispositifs distributeurs de flux lumineux;
    • - les figures 13, 14, 15, 16 représentent schématiquement des vues en coupe de trois exemples de formes de réalisation de dispositifs répartiteurs et diffuseurs selon l'invention.
  • Le but recherché par le système et les dispositifs d'éclairage selon l'invention est de créer, à partir d'une source de forte puissance, une surface lumineuse de longueur maximum et de luminance uniforme.
  • Un des principes du nouveau système est de centraliser une ou des sources dans un système optique où sont localisés les problèmes thermiques, électriques, etc., et à partir duquel la lumière est distribuée et dirigée vers de "guides ou répartiteurs de lumière" (dispositifs répartiteurs).
  • D'innombrables modes de mise en oeuvre du principe de l'invention sont concevables comme l'illustrent les figures 1 à 9.
  • Ces dispositifs d'éclairage représentés schématiquement en vue en plan de dessous sont tous constitués d'éléments semblables, à savoir:
    • - des sources intenses de faible dimension, de nature (couleur) identiques 1, ou complémentaires 2, placées dans
    • - des dispositifs concentrateurs 3 destinés à concentrer la lumière en un ou plusieurs faisceaux de faible ouverture angulaire;
    • - éventuellement des éléments conducteurs 4 de section quelconque destinés à conduire la lumière par réflexion multiple d'un côté à l'autre, et des dispositifs distributeurs 5, destinés à modifier la direction d'au moins une partie du faisceau lumineux;
    • - des dispositifs répartiteurs 100 destinés à réorienter vers le bas et répartir le flux lumineux;
    • - des dispositifs diffuseurs 21 dont la surface éclairante peut être soit continue 6, soit constituée de modules lumineux 7 de dimensions variables.
    Les figures montrent ainsi
    • 1 °) un dispositif permettant à partir d'une seule source de lumière 1 de petites dimensions, de créer dans une direction et dans un seul sens, une surface lumineuse 6 continue de luminance uniforme (figure 1),
    • 2°) un dispositif permettant, à partir d'une seule source de lumière 1 de petites dimensions, de créer dans une direction et dans les deux sens, de part et d'autre de la source, une surface lumineuse 6 continue de luminance uniforme identique à celle réalisée avec le dispositif repris au 1°) (figure 2);
    • 3°) un dispositif permettant, à partir d'une seule source de lumière 1 de petites dimensions, de créer dans des directions parallèles et dans les deux sens deux ou plusieurs surfaces lumineuses 6 continues de luminance uniforme (figure 3).
  • Il est clair qu'en plaçant plusieurs dispositifs de ce type, l'un à côté de l'autre, on peut utiliser alternativement des sources de natures différentes 1, 2 de sorte que le flux rayonné par chaque élément du dispositif diffuseur 21 soit issu de deux sources différentes 1, 2, permettant ainsi un mélange des nuances de couleur de la lumière (par exemple alternativement une source à vapeur de sodium haute pression et une source à vapeur de mercure-halogénures);
  • 4°) un dispositif permettant, à partir d'une seule source de lumière 1 de petites dimensions, de créer dans plusieurs directions des surfaces lumineuses 6 continues de luminance uniforme, identiques à celle réalisée dans le dispositif 1 °) (figures 4 et 5).
  • Il est clair que dans les dispositifs 1 °), 2°), 3°) et 4°) décrits ci-dessus, les éléments du dispositif diffuseur 21 ou surfaces lumineuses 6 peuvent former des lignes courbes ou brisées (figure 6);
  • 5°) un dispositif permettant, à partir d'une seule source de lumière 1 ponctuelle, de créer autour d'un foyer central constituant lui-même éventuellement une surface lumineuse 7, une surface lumineuse 6 de luminance uniforme, de forme géométrique généralement quelconque (figure 7);
  • 6°) variantes des dispositifs précédents permettant de réaliser non pas des surfaces continues mais des surfaces lumineuses limitées en modules 7 le long de la ou des direction(s) réalisables (figures 8 et 9).
  • Dans les dispositifs selon l'invention, le rôle du dispositif concentrateur 3, c'est-à-dire de l'élément contenant la source 1, 2 est soit:
    • - uniquement de concentrer tout le flux émis par la source qu'il contient dans la ou les directions souhaitées et de lui donner une répartition appropriée à l'élément qui doit le recevoir et le distribuer,
    • -de concentrer uniquement une partie déterminée de ce flux dans les directions souhaitées et d'utiliser l'autre partie du flux pour l'éclairage direct comme un luminaire traditionnel.
  • Dans ce cas le dispositif concentrateur peut, par exemple, être réalisé de la façon suivante:
    • - un dispositif réflecteur/concentrateur de type nouveau 50 utilisant un réflecteur 15 de conception traditionnelle de révolution ou de section polygonale dans lequel sont disposées des lentilles convergentes 16 (de Fresnel, plan convexe, biconvexe), de façon à ce que leurs foyers 17 soient communs, et que la source lumineuse y soit placée.
  • Le réflecteur est pourvu d'ouvertures 18 laissant passer le flux traversant les lentilles et intercepte le flux résiduel qu'il dirige vers le bas (figure 10).
  • Les éléments distributeurs 5 éventuellement mis en oeuvre dans les dispositifs selon l'invention sont de préférence constitués de réflecteurs simples 19 (figure 11) ou de prismes à réflexion totale 20 (figure 12).
  • Dans les systèmes selon l'invention, le rôle des dispositifs répartiteurs 100 est de répartir de façon sensiblement uniforme sur la surface du dispositif diffuseur le flux lumineux reçu soit directement du dispositif concentrateur, soit par l'intermédiaire d'un élément conducteur ou d'un dispositif distributeur.
  • La surface éclairante de ces dispositifs diffuseurs constitue soit des surfaces continues lumineuses, soit des modules lumineux de dimensions variables, adaptées aux dispositions architecturales, et reliées par de conducteurs.
  • Quelques exemples de réalisations possibles pour la forme des dispositifs répartiteurs 100 et des dispositifs diffuseurs 21 sont représentés aux figures 13, 14, 15 et 16.
  • Les figures 13 et 14 montrent respectivement une coupe longitudinale et transversale d'un système répartiteur 100 - diffuseur 21 destiné à produire une surface lumineuse continue 6. La surface lumineuse 6 peut être constituée par le dispositif diffuseur 21.
  • De manière générale, les dispositifs répartiteurs sont constitués de trois parties: le toit 22, les parois 23 et la base lumineuse 6 pouvant être formée par le dispositif diffuseur 21.
  • Le toit 22 et les parois 23 ont pour fonction de conduire et de distribuer uniformément par réflexion le flux lumineux vers la base 6.
  • La forme du toit 22, son inclinaison ainsi que celle des parois 23 sont étudiées en fonction des dimensions du dispositif répartiteur de façon à assurer une distribution régulière du flux vers la base.
  • Pour intercepter les rayons lumineux, il est nécessaire que le toit 22 ait une composante verticale; il doit donc être incliné par rapport à l'horizontale de telle sorte qu'il intercepte les rayons lumineux, principalement horizontaux, et les réfléchisse vers le bas. L'angle formé par le "toit" 22 et l'horizontale est fonction de la hauteur et de la longueur du dispositif répartiteur, les rayons lumineux ne subissant qu'une seule réflexion sur le toit 22.
  • Le but est de créer une surface lumineuse ayant une luminance uniforme. Cette surface doit avoir une longueur maximum qui est fonction de la concentration réalisée par le réflecteur. Pour obtenir une luminance uniforme, il faut que le dispositif répartiteur ait une largeur finie, donc qu'il y ait des parois latérales 16.
  • Le rôle des parois 23 est donc de concentrer le flux en provenance de la source 1 ou du toit 22, de le diriger vers le bas et de la répartir de façon sensiblement égale sur toute la longueur du dispositif diffuseur 21.
  • Ces parois 23 reçoivent des rayons lumineux venant soit du dispositif concentrateur, soit du toit 22, soit de la paroi opposée et les renvoient soit vers la base 21, soit vers le toit 22, soit vers l'autre paroi.
  • Il est évident que moins il y aura de réflexion, plus le rendement sera élevé, raison pour laquelle les parois sont inclinées. C'est donc la combinaison judicieuse des inclinaisons des parois 23 et du toit 22, calculées en fonction de la répartition du flux lumineux issu du dispositif concentrateur qui permet d'obtenir les résultats recherchés.
  • La figure 15 montre, en coupe longitudinale, un autre exemple de système répartiteur 100 - diffuseur 21 destiné à produire une surface lumineuse continue 6 et la figure 16 montre, en coupe longitudinale, un example d'un système répartiteur 100 - diffuseur 21 destiné à produire plusieurs surfaces lumineuses en forme de module 7.
  • Les dispositifs diffuseurs 21 (dont la base lumineuse constitue les surfaces 6, 7) peuvent quant à eux simplement être constitués de surfaces translucides, mais sont, selon l'invention, de préférence formés d'un élément 21 qui dirige le flux lumineux vers le sol, soit par réflexion, diffusion ou réfraction; ils sont constitués soit par des déflecteurs, réflecteurs ou par un protecteur prismatique.
  • Il est possible ainsi de distribuer la lumière dans le local à éclairer, suivant une répartition parfaitement contrôlée et multidirectionnelle.
  • Les dispositifs diffuseurs selon l'invention sont de préférence réalisés à partir de réfracteurs qui interceptent tout le flux dirigé vers la base et le répartissent vers le local en contrôlant sa répartition. Ces réfracteurs sont calculés de manière à capter les rayons émis par le dispositif distributeur et l'atteignant sous une incidence rasante et de les réorienter selon une direction faisant principalement un angle compris entre -30° et 30° par rapport à la perpendiculaire à sa surface éclairante lorsqu'elle est plane et horizontale. Pour obtenir ce résultat, on utilise presque exclusivement la propriété de réflexion totale à l'intérieur d'un prisme.
  • Les principaux avantages du nouveau système d'éclairage et des nouveaux dispositifs selon l'invention sont:
    • - la diminution de la quantité de sources utilisées par leur remplacement par une source de plus grande puissance et de plus grande efficacité lumineuse,
    • - la simplification de ce fait du câblage électrique,
    • - la réduction de la consommation d'énergie électrique pour l'éclairage,
    • - la réduction des frais d'entretien, tant par la diminution de la quantité des sources lumineuses que par l'accessibilité,
    • - la réduction des risques électriques du fait de la localisation des sources lumineuses,
    • - le non éblouissement,
    • -la possibilité d'utiliser les éléments conducteurs et les dispositifs répartiteurs en complément pour la climatisation éventuelle des locaux,
    • -dans le cas d'utilisation dans l'éclairage par transparence des panneaux de signalisation routière, allègement du caisson de ce panneau du fait qu'il n'est plus nécessaire de prévoir la circulation du personnel d'entretien à l'intérieur du panneau.
  • Ils peuvent trouver des applications très intéressantes, notamment pour:
    • - l'éclairage intérieur ligne continue, locaux privés, bureaux, industriels,
    • - l'éclairage intérieur des panneaux de signalisation routière,
    • -l'éclairage de panneaux publicitaires et d'affichage,
    • -l'éclairage en ligne continue dans les tunnels, évitant ainsi la multiplicité des sources et de l'effet de papillotement,
    • - l'éclairage de passages inférieurs, de gare de métro, d'autobus, de chemin de fer, de galeries commerçantes,
    • -l'éclairage de salles de sports - piscines (là où l'accessibilité est difficile au-dessus du plan d'eau),
    • - les effets de scènes au théâtre,
    • - les locaux où il y a intérêt à placer l'émetteur de lumière en dehors du local: locaux à atmosphère explosive et salles frigorifiques; locaux humides,
    • - les locaux où l'accès aux sources est difficile,
    • - les supermarchés ou magasins à grandes surfaces,
    • -l'éclairage d'étalages (facilité d'accès).

Claims (15)

1. Méthode d'éclairage suivant laquelle on module, à l'aide d'un dispositif concentrateurrépartiteur, un flux lumineux émis par une source intense de faibles dimensions en au moins un faisceau lumineux de faible ouverture angulaire que l'on dirige sur au moins une surface éclairante en vue d'y distribuer la lumière, caractérisée en ce qu'on dirige judicieusement avec une incidence rasante chaque faisceau lumineux susdit sur une série de réfracteurs prismatiques ménagés à la manière d'un réseau optique au niveau d'une surface éclairante (6) s'étendant longitudinalement par rapport au faisceau lumineux et sur au moins une surface qui réfléchit la lumière et s'étend obliquement par rapport au faisceau lumineux et au réseau optique susdit.
2. Méthode d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le flux émis par la source (1) est modulé par le dispositif concentrateur/répartiteur (3, 100) en un faisceau lumineux ayant une ouverture angulaire inférieure à environ 5° avec une intensité lumineuse sensiblement uniforme sur la plus grande partie de sa section.
3. Méthode d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on ménage lesdits réfracteurs prismatiques sur une des faces de la surface éclairante (6) destinée à recevoir le flux lumineux émis par la source (1
4. Méthode d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'on dirige le(s) flux lumineux d'intensité essentiellement uniforme issu(s) du dispositif concentrateur (3) par l'intermédiaire d'un dispositif répartiteur (100) essentiellement constitué d'un ensemble des surfaces de réflexion vers une ou des surfaces éclairantes et qu'on distribue et module celui-ci (ceux-ci) au niveau de la (des) surface(s) éclairante(s) (6) par la série de réfracteurs prismatiques 21 en un rayonnement ayant
- une répartition angulaire essentiellement comprise entre -30° et 30° par rapport à une perpendiculaire à toute surface éclairante (6) et dans un plan vertical passant par l'axe longitudinal de celle-ci;
- une répartition angulaire prédéterminée dans tout plan vertical transversal par rapport à chaque surface éclairante (6) éventuellement courbe et passant par celle-ci, de manière à réaliser un éclairage de la surface à éclairer répondant aux critères d'uniformité en éclairement et/ou luminance.
5. Méthode d'éclairage suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'on assemble ladite surface éclairante munie de réfracteurs prismatiques à des surfaces réfléchissant la lumière de manière à constituer un conduit de lumière de forme polyédrique allongée présentant une section trapézoïdale et s'étendant longitudinalement par rapport au faisceau.
6. Méthode d'éclairage suivant la revendication 3, caractérisée en ce qu'on réalise le conduit de lumière de section trapézoïdale susdit en choisissant pour base sensiblement horizontale inférieure la surface éclairante et pour toiture oblique et parois latérales lesdites surfaces polies réfléchissant la lumière.
7. Méthode d'éclairange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'on réoriente, à l'aide du réseau optique susdit, le flux lumineux émis par la source intense susdite ou éventuellement réfléchi par les parois du conduit de lumière en un rayonnement uniformément réparti sur toute la surface à éclairer et sensiblement perpendiculaire à la surface éclairante.
8. Méthode d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le dispositif concentrateur/répartiteur (3, 100) est essentiellement constitué:
d'éléments réflecteurs (15) paraboloïdes, et/ou cylindro-paraboliques, et/ou
d'éléments réfracteurs prismatiques, et/ou
d'éléments réfracteurs convergents (lentilles) (16) et/ou d'éléments de surface de réflexions directes ou multiples du flux lumineux issu de la source (1). ).
9. Dispositif d'éclairage mettant en oeuvre la méthode d'éclairage suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, en utilisant au moins une source de lumière de faibles dimensions et comprenant au moins une enceinte dans laquelle est montée chaque source susdite, un dispositif destiné à former un ou plusieurs faisceaux à partir du flux lumineux issu de la source et une surface éclairante, caractérisé en ce qu'il comprend, englobé dans un même élément:
- un dispositif concentrateur/répartiteur (3, 100) du flux lumineux issu de la source, destiné à former à partir de ce flux un ou plusieurs faisceaux ayant une ouverture angulaire étroite;
- une série de réfracteurs prismatiques disposés au niveau d'une surface éclairante (6) s'étendant longitudinalement par rapport au faisceau sur lequel est (sont) orienté(s) judicieusement ce(s) faisceau(x) selon une répartition essentiellement uniforme de l'intensité lumineuse; et
- un ensemble de surfaces de réflexion disposées obliquement par rapport au faisceau et à la série de réfracteurs prismatiques susdits de manière à intercepter la partie du flux lumineux qui n'atteint pas directement la (les) surface(s) éclairante(s) (6) et à redistribuer cette partie du flux lumineux par réflexions directes et/ou multiples vers la (les) surface(s) éclairante(s) (6).
10. Dispositif d'éclairage selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif concentrateur/répartiteur est essentiellement constitué d'un ou plusieurs éléments réflecteurs paraboloïdes ou cylindro-paraboliques, disposé éventuellement symétriquement de part et d'autre de la source de manière à présenter un foyer et un axe focal communs et/ou d'une ou plusierus lentilles dont les foyers respectifs sont disposés par rapport à la source de manière à former un ou plusieurs faisceaux d'ouverture angulaire étroite.
11. Dispositif d'éclairage selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les surfaces de réflexions destinées à intercepter la partie du flux lumineux qui n'atteint pas directement la(les) surface(s) éclairante(s) (6) du dispositif d'éclairage forment un couloir conducteur et répartiteur de flux lumineux, comprenant une surface de réflexion supérieure unique et plane, et deux surfaces de réflexion latérales planes, définissant une enceinte de sections trapézoïdales, dont la surface de réflexion supérieure est inclinée par rapport à l'axe longitudinal du couloir et les surfaces de réflexion latérales sont disposées parallèlement à et symétriquement par rapport à cet axe longitudinal du couloir.
12. Dispositif d'éclairage suivant l'une ou l'autre des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait que la surface éclairante constitue la base dudit conduit polyédrique répartiteur de lumière.
13. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait que le dispositif concentrateur/répartiteur (3, 100) comporte un élément réflecteur (15) de forme quelconque pourvu d'ouvertures (18) dans des directions perpendiculaires à l'axe de réflexion dudit élément (15), et contenant des lentilles convergentes (16) disposées de façon à ce que leurs foyers (17) soint communs et que leurs axes soient dirigés vers lesdites ouvertures (18), ce dispositif optique étant destiné à répartir le flux lumineux d'une source placée (1) aux foyers (7) desdites lentilles (16) en plusieurs faisceaux d'ouverture angulaire étroite, dirigés dans des directions perpendiculaires à l'axe dudit élément réflecteur (15), en un nombre égal au nombre d'ouvertures (18) dans ledit élément réflecteur (19), et en un rayonnement dans la direction de l'axe dudit réflecteur (19) constitué par le flux résiduel qui n'est pas intercepté par lesdites lentilles (16).
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