FR2948172A3 - Paroi lumineuse - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une paroi diffusant de la lumière, qui a la particularité de diffuser les rayons lumineux selon des directions déterminées librement par l'homme de l'art. La lumière entre dans la paroi par la zone 2 d'entrée de la lumière, et une série de diffuseurs 113, 123 et suivants la réfléchissent vers un ensemble 1000 de lentilles convergentes respectivement 115, 125 et suivantes, ces dernières les dévient perpendiculairement au plan de la paroi. Dans une version perfectionnée, la lumière entrant dans le dispositif est conduite par une feuille transparente de forme libre ayant la fonction de guide de lumière 9, lequel comporte les diffuseurs 113, 123 et suivants qui dévient les rayons lumineux réfléchis par les faces avant et arrière dudit guide de lumière. La paroi selon l'invention est un projecteur de lumière directionnelle ou multidirectionnelle qui offre l'avantage de pouvoir être très fin. Sa forme peut être conçue avec beaucoup de liberté pour s'adapter à tous les projets. Les principales applications sont le rétro-éclairage des écrans électroniques, et toutes sortes de luminaires.

Description

Paroi Lumineuse La présente invention concerne une paroi lumineuse, qui peut être mise en œuvre dans deux modes principaux. Dans un premier mode, elle diffuse selon des directions déterminées librement par l'homme de l'art des rayons lumineux provenant d'une source lumineuse comme une diode électroluminescente. Dans un second, elle concentre les rayons provenant d'une source lumineuse comme le soleil. Le principal objectif de la présente invention est de réaliser des panneaux plats rétro-éclairants pour écrans électroniques (télévision, ordinateurs, téléphones portables, appareils photo, jeux vidéo etc.), qui émettent de la lumière perpendiculairement au d1sPositif de modulation de l'information, mais elle permet aussi de créer toutes sortes de luminaires, dont en particulier des projecteurs très fins, et des capteurs solaires.

Le dispositif proposé est une paroi lumineuse 1 comprenant une zone 2 d'entrée de la lumière et une série d'au moins deux dispositifs optiques élémentaires juxtaposés 11 et 12, un dispositif optique élémentaire 11 comprenant une zone latérale 112 dite zone d'entrée de la lumière. un dispositif optique dit diffuseur 113 qui dévie la lumière provenant directement ou indirectement de ladite zone d'entrée de la lumière sous forme d'un faisceau lumineux divergent, un dispositif optique convergent dit concentrateur 115 qui dévie ledit faisceau lumineux divergent en le faisant converger, et une zone latérale 114 de transmission de la lumière vers la zone 122 d'entrée de la lumière du dispositif optique élémentaire 12 adjacent, sauf pour le dernier dispositif optique élémentaire juxtaposé 19 de ladite série de dispositifs optiques élémentaires qui peut ne pas contenir une telle zone 114, caractérisée par le fait Cille la projection d'un diffuseur 113 sur le plan facial est inférieure à -la moitié de la projection d'un concentrateur 115 sur le même plan, qu'une partie au moins du faisceau lumineux entrant dans un dispositif optique élémentaire il par ladite zone 112 d'entrée de la lumière est 35 déviée par ledit diffuseur 113 vers ledit concentrateur 115, et que le reste du faisceau - sauf pour le cas dudit dernier dispositif oPtigue élémentaire juxtaposé 19 - est PrinclPalement dirige vers ladite zone 114 de transmission de la lumière vers la zone 122 d'entrée de la lumière du dispositif optique élémentaire 12 adjacent, 40 étant précisé que l'on entend ci-avant par faisceau lumineux divergent un faisceau lumineux qui finit par diverger, même dans le cas où il commence par converger pour diverger plus loin, et par plan facial un plan perpendiculaire à la direction moyenne 45 de sortie d'un concentrateur 115 des rayons lumineux provenant d'un diffuseur 113. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - L'ensemble 1000 des concentrateurs 115, 125 et suivants est mobile par rapport à l'ensemble des diffuseurs 113, 123 et suivants ; 50 Un concentrateur 115 est constitué de deux lentilles convergentes 115a et 1151), dont les centres optiques sont sensiblement alignés avec le centre du diffuseur 113 avec lequel il coopère. la paroi lumineuse comporte un élément transparent dit guide de lumière 9 ayant deux faces principales ; lesdites faces principales comportent o des parties qui sont lisses et réfléchissent totalement les rayons lumineux leur parvenant avec une forte incidence e et des portions d'au moins une desdites faces principales, les diffuseurs 113, 123 et suivants, qui dévient les rayons lumineux principalement dans des directions différentes de celle que provoquerait une réflexion totale la paroi lumineuse 1 comporte un miroir 7 situé du côté de la paroi 10 lumineuse 1 qui est opposé à ladite zone 2 d'entrée de la lumière ; la paroi lumineuse 1 comporte un second miroir 7a situé du côté opposé à celui du miroir 7, et les deux miroirs 7 et 7a se renvoient mutuellement les rayons lumineux qui traversent ledit guide de lumière 15 La zone 2 d'entrée de la lumière dans la paroi lumineuse est située en dehors dudit miroir 7a p ledit guide de lumière 9 est une forme étirée de section ovale dont une partie de la paroi constitue une lentille cylindrique 115, et dont la face opposée à ce concentrateur comporte un diffuseur 113 situé 20 sensiblement dans le plan de focalisation de ladite lentille cylindrique 115. Ledit guide de lumière 9 est une tige souple. Ledit guide de lumière 9 comprend des éléments unitaires juxtaposés reliés par des rotules. 25 L'invention sera bien comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 28 qui représentent toutes des vues en perspective de parois lumineuses selon l'invention. 30 La figure 1 montre une paroi lumineuse comportant trois dispositifs optiques élémentaires 11, 12 et 19 juxtaposés, dans un premier mode de mise en neuve de l'invention. La figure 2 montre différentes formes possibles de dispositifs optiques élémentaires, dans ledit premier mode de mise en oeuvre de l'invention. 35 La figure 3 montre le détail des différentes parties d'un dispositif optique élémentaire, dans ledit premier mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 4 montre un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dit à guide de lumière 9. La figure 5 montre une autre variante d'une paroi lumineuse selon 40 l'invention, comportant un miroir 7 opposé à la zone 2 d'entrée de la lumière. La figure 6 montre une façon d'associer 4 parois lumineuses selon l'invention pour constituer un panneau de rétro-éclairage d'écran plat. Les figures 7 et 8 montrent des variantes de parois lumineuses selon 45 l'invention, dont les concentrateurs 114, 124 et suivants sont convergents dans une direction, irais sont convergents ou divergents selon le cas dans une autre direction. La figure 9 montre un luminaire cylindrique selon l'invention. La figure 10 montre une variante particulièrement adaptée aux feux des 50 véhicules. La figure 11 montre une variante de la paroi lumineuse de la figure 10, avec une forme plus ooinpleïe. La figure 12 montre un luminaire plan selon l'invention.

La figure 13 montre une variante de dispositif optique élémentaire dit à guide de lumière 9. La figure 14 montre la face avant d'une paroi constituée de tels dispositifs optiques élémentaires.

La figure 15 montre un dispositif similaire à celui de la figure 14, muni de deux ensembles de diffuseurs 113a et 113b émettant de la lumière à travers le même ensemble 1000 de cencentrateurs 115, dans deux directions différentes. La figure 16 montre un dispositif optique élémentaire comportant une lame à faces parallèles 9 qui joue le rôle de guide de lumière, un diffuseur 13 qui est composé de deux miroirs plans réfléchissant les rayons lumineux horizontaux vers le cencentrateur 115, lequel est une lentille sphérique convergente séparée de la lame à faces parallèles par un espace vide. Le diffuseur 113 peut être plan tout en produisant un faisceau lumineux divergent, puisque les rayons lumineux qui lui parviennent ne sont pas parallèles entre eux, résultant pour certains d'entre eux de réflexion sur les parois du guide de lumière 9. Il peut aussi être convexe ou concave, puisque dans les deux cas, les rayons lumineux réfléchis par lui finissent par diverger. La figure 17 montre une coupe du dispositif optique élémentaire de la figure 20 16, permettant de voir les deux miroirs plans 113a et 113b composant le diffuseur 113. La figure 18 est une vue en perspective de l'arrière d'une paroi lumineuse composée de dispositifs élémentaires identiques à ceux de la figure 16, permettant de voir les diffuseurs 113, 123 et suivants et les lentilles 25 convergentes 115, 125 situées respectivement en vis-à-vis- La ligne en pointillés montre le trajet le trajet d'un rayon lumineux se reflétant sur les parois de la lame à faces parallèles 9, et intercepté au retour par un miroir d'un diffuseur 113 pour être réfléchi vers une lentille 115. Les faces avant et arrière de la lame à faces parallèles 9 sont transparentes et la 30 réflexion du rayon lumineux est totale parce que l'incidence de ce dernier est forte, tandis que la face située à gauche sur la figure 18 est un miroir 7. La figure 19 est une vue en perspective de l'avant de la paroi lumineuse de la figure 18. 35 La figure 20 est une vue en perspective de l'arrière d'une paroi lumineuse similaire à celle de la figure 18, mais avec une disposition différente des dispositifs optiques élémentaires, afin que tous les rayons traversant horizontalement la lame à faces parallèles 9 rencontrent au moins un diffuseur 113 40 - et une lame à face parallèles souple qui peut être déformée par l'utilisateur. La figure 21 est une vue en perspective de deux parois lumineuses selon l'invention, qui sont identiques et comportent chacune deux ensembles 1000 et 1001 de lentilles 115, 125 et suivantes au lieu d'un seul ensemble 1000 comme 45 dans les figures précédentes. La figure 22 est une vue en perspective d'une lampe selon l'invention. La figure 23 est une vue en perspective qui illustre le fonctionnement de la lampe représentée à la figure 22. La figure 23 est une vue en perspective d'une paroi lumineuse simplifiée, 50 réduite à une tige de section ovale, cette section étant représentée à la figure 25. La figure 26 montre un dispositif réalisé par juxtaposition de dispositifs similaires à celui de la figure 24. La figure 27 est une vue en perspective d'un élément unitaire d'une paroi constituée de l'assemblage de tels éléments unitaires, laquelle est 55 représentée à la figure 28.

Le principe général de la présente invention est le suivant : - un spectateur situé en un point S voit à travers une lentille convergente 115 dite concentrateur une partie de la zone 112 d'entrée de la lumière, qui se reflète dans le miroir convexe 113 dit diffuseur.

La totalité de la lentille 115 prend alors la couleur de la zone 112 d'entrée de la lumière et envoie la lumière en direction du spectateur ; et à travers l'ensemble 1000 des lentilles convergentes 115, 125 et suivantes, le spectateur reçoit l'essentiel de la lumière entrée dans 10 le dispositif, laquelle est ainsi concentrée dans la zone la plus utile. Lorsque le spectateur quitte le point S., il voit à travers une lentille convergente 115 : - soit une partie de la face arrière de la paroi ne comportant pas de 15 diffuseur 113, soit un diffuseur 113 qui ne réfléchit pas dans cette direction les rayons lumineux entrés dans la zone 2 d'entrée de la lumière. Dans les deux cas, il ne reçoit donc que peu de lumière, voire pas de lumière du tout. 20 Pour qu'un dispositif élémentaire de la paroi lumineuse 1 objet de l'invention émette des rayons lumineux dans une direction précise, il est souhaitable que la projection d'un diffuseur 113 sur le plan facial soit beaucoup plus petite que celle de la projection d'un concentrateur sur le même plan, au maximum la moitié mais idéalement 5 ou 10% seulement de cette 25 dernière surface. Pour qu'un diffuseur 113 n'émette de la lumière qu'en direction du concentrateur 115 qui lui est associé, il est souhaitable que la lumière renvoyée par le diffuseur le soit par un miroir. On verra plus loin que ce n'est cependant pas indispensable dans des versions simplifiées. 30 La figure 1 montre une paroi lumineuse comportant trois dispositifs optiques élémentaires 11, 12 et 19 juxtaposés. Elle reçoit de la lumière issue d'une source lumineuse L par la zone 2 d'entrée de la lumière qui est aussi la zone 112 d'entrée de la lumière du dispositif optique élémentaire 11. La lumière entrée dans la zone 112 est répartie en deux : une partie est 35 réfléchie par le miroir cylindrique convexe dit diffuseur 113 pour se répartir en totalité sur le concentrateur 115, et le reste poursuit sa trajectoire d'origine jusqu'à la zone 114 de transmission de la lumière vers la zone 122 d'entrée de la lumière du dispositif optique élémentaire 12 adjacent. 40 Le dispositif optique élémentaire 12 fonctionne de la même façon, mais le dispositif optique élémentaire 19 qui est le dernier de la série comprend un miroir cylindrique convexe 193 réfléchissant la totalité des rayons lumineux vers le dioptre convergent 195. La plus grande partie des rayons lumineux provenant de la source lumineuse 45 penOtuelle est ainsi déviée en deux étaPes pour sortir da la Paroi lumineuse perpendiculairement à son plan principal. La figure 2 montre différentes formes possibles de dispositifs optiques élémentaires selon l'invention, qui diffèrent entre eux par le rapport entre la surface du diffuseur et celle du concentrateur. Cela illustre la 50 possibilité qu'a l'homme de l'art de répartir comme il le souhaite la lumière reçue par les différents dispositifs optiques élémentaires. Comme l'homme de l'art peut aussi adapter la surface des différents diffuseurs adjacents pour répartir de façon homogène la lumière reçue de la source lumineuse entre les dispositifs élémentaires, il lui est facile de 55 eôneeoir des parois lUihineuses émettant pratiquement la même rluantité de lumière avec chacun des dispositifs élémentaires 11, 12 et suivants.

Les deux dispositifs optiques élémentaires 12 et 13 de la figure 2 sont accolés par un déviateur qui est un prisme d'air. Cela .illustre la possibilité d'assembler des dispositifs optiques élémentaires par tous types de prismes afin de créer des parois lumineuses de formes non planes libres.

Cela peut être utile pour adapter la forme d'une paroi lumineuse aux besoins architecturaux ou autres, mais aussi pour modifier l'orientation des rayons lumineux renvoyés par chaque dispositif élémentaire. L'homme de l'art peut ainsi créer tous types de projecteurs concentrant ou diffusant la lumière avec des caractéristiques qu'il peut déterminer librement.

La figure 3 montre le détail des différentes parties d'un dispositif optique élémentaire. On distingue en particulier les zones 118a et 118 b qui peuvent être transparentes et laisser passer d'autres sources lumineuses en direction du concentrateur 115, par exemple la lumière ambiante, ou celle du soleil reflétée par un miroir 8.

Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention dit à guide de lumière , illustré par la figure 4, une source lumineuse 5 située au foyer d'un diffuseur parabolique 6 émet des rayons lumineux dans la tranche d'un élément transparent dit guide de lumière 9 - comme par exemple une lame à faces parallèles - dont les deux faces principales sont lisses et réfléchissent donc totalement les rayons lumineux leur parvenant avec une forte incidence. Les rayons parviennent à l'autre bord dudit guide de lumière 9 qui comporte un miroir 7 les renvoyant vers ledit diffuseur parabolique. La face avant ou arrière de la plaque comporte des portions 113, 123 et suivantes d'une desdites faces principales, qui dévient les rayons lumineux principalement dans des directions différentes de celle que provoquerait une réflexion totale, et en particulier vers les concentrateurs 115, 125 et suivants. Dans une version dite simplifiée, ces diffuseurs 113, 123 et suivants peuvent par exemple être des surfaces qui ne sont pas lisses et dévient les rayons lumineux principalement dans des directions différentes de celle que provoquerait une réflexion totale. Il peut s'agir d'un dépoli ou d'une peinture blanche translucide. On a représenté à la figure 4 un tel dispositif comportant des diffuseurs de cette nature sur la face avant dudit guide de lumière 9, mais ces diffuseurs pourraient aussi être disposés sur sa face arrière. Au lieu d'être une surface non parfaitement lisse comme décrit ci-dessus, un diffuseur 113 peut être constitué par l'ajout sur une face dudit guide de lumière 9 d'une pellicule d'un matériau translucide ou transparent, cette pellicule ayant un indice de réfraction inférieur à celui dudit guide de lumière 9. Au lieu d'être réfléchis, les rayons lumineux parvenant à un emplacement muni de cette pellicule sont déviés et l'emplacement considéré devient lumineux. Dans tous les cas, pour un observateur situé face à la paroi lumineuse, la totalité de la surface des concentrateurs 115, 125 et suivants renvoie la 45 lumière déviée par les diffuseurs dans sa direction. Un perfectionnement illustré à la figure 4 consiste à munir un diffuseur 113 d'un dispositif optique complémentaire comme des surfaces réfléchissantes 1131 et 1132 afin de diriger tout ou partie des rayons lumineux sortant dudit diffuseur 113 vers un concentrateur 115. 50 Oette version dite simplifiée a un inconvénient, qui est qu'un diffuseur 113 émet de la lumière dans toutes les directions, et non pas principalement en direction du concentrateur 115 qui lui est associé, comme c'est le cas lorsque le diffuseur est un miroir. On peut remplacer les dioptres qui sont ici des lentilles cylindriques par 55 des lentilles sphériques, par exemple arrangées en nids d'abeilles (version représentée aux figures 13 à 15, et aux figures 16 à 20). Dans le mode dit simplifié! les diffuseurs sont dans çe cas des petits disques situés en vis- à-vis de chaque lentille.

Dans le mode de mise en oeuvre dît à guide de lumière, lorsque les dioptres sont des lentilles eyliAdriquee. il est avantageux que l'axe de symétrie longitudinal des lentilles soit horizontal, pour que la lumière soit plus dispersée en largeur qu'en hauteur, car les spectateurs sont le plus souvent dispersés herizontalement que verticalement. Quel que soit le mode de mise en oeuvre, la paroi lumineuse selon l'invention peut être un projecteur de lumière directionnelle qui offre l'avantage de pouvoir être très fin. Les concentrateurs 115 peuvent être jointifs ou espacés les uns des autres. L'homme de l'art peut déterminer un point S à une distance quelconque de la paroi, et faire converger tous les rayons lumineux vers ce point en choisissant les caractéristiques appropriées des concentrateurs et les emplacements des diffuseurs. Ce point S peut évidemment aussi être placé à l'infini. Idéalement, le diffuseur 113 doit couper en deux le domaine vers lequel le concentrateur 115 réfléchit les rayons émis du point s choisi, pour constituer un domaine amont du côté dudit diffuseur 113 et un dqmene aval du côté dudit concentrateur 115. Ainsi, la totalité de la surface dudit concentrateur renvoie au spectateur la lumière reflétée par le diffuseur 113. Avantageusement, la forme dudit diffuseur 113 est déterminée de telle sorte telle que les rayons lumineux provenant de ladite zone 112 d'entrée de la lumière sont réfléchis de façon homogène par ledit diffuseur 113 vers la totalité de la surface du concentrateur 115. Dans une disposition préférée pour le rétro-éclairage d'écrans, les formes de chacun des diffuseurs 113, 123 et suivants et de chacune des lentilles convergentes 115, 125 et suivantes sont déterminées par l'homme de l'art de telle sorte que les rayons lumineux entrés dans la paroi lumineuse par la zone 2 sont répartis de façon homogène par les lentilles convergentes 115, 125 et suivantes. Une paroi selon l'invention peut être munie d'un moyen permettant de faire varier la distance entre l'ensemble des diffuseurs 113, 123 et suivants et l'ensemble 1000 des concentrateurs 115, 125 et suivants. Cela permet de régler le dispositif à la demande. Ainsi, lorsque l'utilisateur est situé dans un environnement sombre, il peut élargir le flux lumineux à d'autres spectateurs. Cette possibilité de réglage permet aussi de modifier la forme du flux lumineex issu d'un projecteur selon l'invention. un autre mode de réglage du dispositif peut consister à modifier l'emplacement de la source lumineuse. C'est en effet l'une des caractéristiques des parois lumineuses selon l'invention qui est qu'elles fonctionnent d'autant mieux que la position de la source lumineuse est définie avec précision et émet des rayons lumineux qui sont soit parallèles entre eux soit issus d'une source ponctuelle ou éloignée, L'un des moyens de simuler l'éloignement de la source lumineuse ladite paroi lumineuse consiste à munir la paroi lumineuse d'un miroir 7 situé du côté opposé à ladite zone 2 d'entrée de la lumière, comme cela est illustré en particulier par la figure 5 mais aussi par les figures 10 et 11. La face avant de la paroi peut être plane, comme c'est illustré par la figure 4, ce qui est un avantage pour de nombreuses applications. Cette face peut plane recevoir directement une feuille comportant une image à rétro-éclairer, ou même être imprimée.

Une sevree de lumière de très bonne qualité peut être çonstituée par une paroi lumineuse principale selon l'invention, placée en aval d'une autre paroi lumineuse selon l'invention, comme cela est illustré par la figure 6. Deux parois lumineuses la et lb selon l'invention selon l'invention sont ' ainsi associées en série. Les parois lumineuses la et 1c çonstituent 55.-- respectivement les sources lumineuses des parois. lumineuses lb et Id de rétro-éclairage de l'écran. L'avantage d'une tellb disposition est que les parois lumineuses lb et 1d reçoivent une lumière constituée de faisceaux parallèles et homogènes. Dans un mode de réalisation préféré, la paroi lumineuse comprend un 60 dispositif de modulation et/ou de filtrage de la lumière comme une image électronique ou imprimée. Ce dispositif peut par exemple être disposé du côté des lentilles convergentes 115, i25 et suivantes, L'invention est alors un écran électronique ou un afficheur rétro-éclairé. Pour concevoir un très grand nombre de types différents d'appareils optiques, 5 il est possible d'adjoindre tous types d'éléments optiques complémentaires entre la paroi lumineuse et le spectateur, tels que par exemple • dispositifs de modulation et/ou de filtrage de la lumière (écrans à cristaux liquides, filtres, matrices de filtres colorés, images imprimées translucides qui peuvent être codées pour coopérer avec un 10 réseau lenticulaire), • lentilles sphériques ou cylindriques, lentilles de Fresnel, par exemple pour élargir dans une direction donnée le domaine éclairé par la paroi lumineuse, • déviateurs prismatiques, réseaux lenticulaires secondaires pour créer 15 des animations 3D, etc., Des filtres ou autres éléments optiques peuvent aussi être associés à une zone d'entrée de la lumière 112, à un diffuseur 113, à un transmetteur de la lumière 114 et/ou à un concentrateur 115. Une lentille convergente 115 peut être cylindrique, sphérique, asphérique ou 20 de toute autre forme plus complexe conçue par l'homme de l'art pour que les rayons lumineux provenant du diffuseur 113 soient répartis de façon homogène vers le spectateur ou la zone à éclairer. On en trouve de multiples exemples différents dans les figures. Les figures 7 et 8 montrent des variantes de parois lumineuses selon 25 l'invention, dont les concentrateurs 115, 125 et suivants ne sont convergents que dans une direction, maïs sont convergents ou divergents selon le cas dans une autre direction. Dans la disposition de la figure 7, chaque concentrateur fait converger les rayons lumineux provenant du diffuseur associé sur un segment ou sur un 30 point, ce qui est avantageux par exemple lorsque l'on associe à la paroi lumineuse un ensemble de filtres, lesquels peuvent alors être de petite taille. Dans cette version particulière les lentilles convergentes peuvent être à courte focale, Dans ce cas, la lumière reçue de ladite zone 2 d'entrée de la 35 lumière et réfléchie par un diffuseur 113 est concentrée sur un point dit F et diverge à nouveau en s'éloignant de la paroi lumineuse. On peut concentrer sur l'ensemble de ces points Fi F2, F3 et suivants les éléments constituant une image qui est rétro-éclairée par la paroi lumineuse. Ainsi, le reste de la face avant de la paroi lumineuse reste libre et permet en particulier de 40 laisser entrer la lumière ambiante dans la paroi lumineuse par sa face avant. Dans la disposition de la figure 8, les rayons lumineux provenant d'un diffuseur 113 divergent vers le bas et vers le haut, ce qui peut permettre par exemple de spécialiser les lignes de dispositifs optiques élémentaires par couleur élémentaire. Une ligne peut émettre du rouge, la suivante du 45 vert, la troisième du bleu, et ainsi de suite. Les trois couleurs sont ensuite mélangées sur une surface de projection non représentée, qui peut par exemple être un dépoli. La synthèse additive se fait ainsi sur le dépoli pour créer des pixels de toutes les couleurs possibles. La paroi lumineuse peut comprendre trois sources lumineuses de couleurs 50 différentes et trois ensembles de diffuseurs associés au même ensemble 1000 de concentrateurs, par exemple pour constituer un émetteur d'images électroniques en couleurs. Un pixel peut être constitué sur ce dépoli par la projection d'une couleur- par le diffuseur situé eh vis-à-vis, celle d'une seconde couleur par le diffuseur de la ligne supérieure et celle d'une 55 troisième couleur par le diffuseur de la ligne inférieure. Avec la même méthode de construction de pixels par la projection de lumière émanant de diffuseurs voisins, une paroi lumineuse selon l'invention peut aussi comprendre six sources lumineuses de couleurs différentes R1, R2, V1, V2, B1 et B2, et six ensembles de diffuseurs associés au même ensemble 1000 de concentrateurs, par exemple pour éclairer alternativement deux images différentes avec deux synthèses additives RI V1 Bi d'une part, et R2 V2 et B2 d'autre part.

L'émission des couleurs rouge vert et bleu en direction des lignes de dispositifs optiques élémentaires peut se faire par trois parois lumineuses selon l'invention associées comme indiqué sur la figure 6. Les parois lumineuses amont ic et Id peuvent alors être chacune remplacés par trois parois lumineuses émettant chacune leur couleur vers une ligne sur trois. On peut aussi placer des filtres colorés sur les diffuseurs des parois lumineuses lb et id. Un diffuseur 113 peut être un miroir plan, sphérique, asphérique, cylindrique, convergent (cf. fig3) ou divergent (cf. la plupart des autres figures). De très nombreuses formes peuvent être choisies, l'homme de l'art utilisant la forme la plus adaptée à son projet pour dévier tout ou partie de la lumière entrée par ladite zone 112 d'entrée de la lumière vers tout ou partie dudit concentrateur 115. La figure 13 montre une variante de dispositif optique élémentaire à lentilles sphériques dans le mode de mise en oeuvre dit à guide de lumière. Le diffuseur 113 est une zone dépolie d'une lame à face parallèles dite guide de lumière 9 déviant les rayons lumineux à partir d'une toute petite surface vers une surface supérieure à l'ensemble d'un concentrateur 115 qui est une lentille sphérique convexe. Le concentrateur 115 dévie alors tous les rayons reçus du diffuseur 113 pour qu'ils prennent une direction perpendiculaire à celle de la paroi lumineuse. La figure 14 montre la face avant d'une paroi lumineuse constituée de tels dispositifs optiques élémentaires, munie d'une source lumineuse 5 et d'un réflecteur parabolique 6 envoyant la lumière dans la paroi latérale dudit guide de lumière 9. Un miroir 8 renvoie la lumière ambiante vers la face avant de la paroi lumineuse. Avantageusement, les trois côtés dudit guide de lumière autres que celui recevant la lumière de la source lumineuse 5 sont des miroirs. La lumière ne s'échappe ainsi que des diffuseurs 113, 123 et suivants. La figure 15 montre un dispositif similaire à celui de la figure 14 vu de dos, muni de deux ensembles de diffuseurs 113a et 113b émettant de la lumière à travers le même ensemble 1000 de concentrateurs 115, dans deux directions différentes. La figure 16 montre un dispositif optique élémentaire comportant une lame à faces parallèles 9 qui joue le rôle de guide de lumière, un diffuseur 13 qui est composé de deux miroirs plans réfléchissant les rayons lumineux horizontaux vers le concentrateur 115, lequel est une lentille sphérique convergente séparée de la lame à faces parallèles par un espace vide. La figure 17 montre une coupe du dispositif optique élémentaire de la figure 16, permettant de voir les deux miroirs plans 113a et 113b composant le 45 diffuseur 13. La figure 18 est une vue en perspective de l'arrière d'une paroi lumineuse composée de dispositifs élémentaires identiques à ceux de la figure 16, permettant de voir les diffuseurs 113, 123 et suivants et les lentilles convergentes 115, 125 situées respectivement en vis-à-vis. La ligne en 50 pointillés montre le trajet le trajet d'un rayon lumineux se reflétant sur les parois de la lame à faces parallèles 9, et intercepté au retour par un miroir d'un diffuseur 113 pour être réfléchi vers une lentille 115. Les faces avant et arrière de la lame à faces parallèles 9 sont transparentes et la réflexion du rayon lumineux est totale parce que l'incidence de ce dernier 55 est forte, tandis que la face située à gauche sur la figure 18 est un miroir 7. La figure 19 est une vue en perspective de l'avant de la paroi lumineuse de la figure 18. On a représenté aux figures 16 à 19 un vide séparant la lame à face 60 parallèles 9 et l'ensemble 1000 des lentilles 115, 125 et suivantes, mais il peut aussi s'agir d'une couche d'un matériau à plus faible indice de réfraction que celui çonetitn4nt la Lame à faee parallèles 9, comme représenté à la figure 20. Un mode de réalisation particulièrement intéressant consiste à déposer successivement sur la face avant de ladite lame à face parallèles 9 une couche d'un matériau transparent à faible indice de réfraction, et ensuite à imprimer des lentilles convergentes sur cette couche de matériau à faible indice de réfraction. Le mode de mise en oeuvre de l'invention représenté aux figures 16 à 20 est particulièrement avantageux pour les raisons suivantes la source lumineuse peut ne pas être parfaitement ponctuelle, puisque ce sont précisément les rayons lumineux qui ne sont pas parfaitement parallèles au plan facial qui sont réfléchis par les diffuseurs 113, 123 et suivants ; les diffuseurs 113, 123 et suivants peuvent être de simples miroirs 15 plans ; la lumière réfléchie par un diffuseur 113 est presque exclusivement renvoyée vers le concentrateur 115 qui lui est associé, et pas vers les concentrateurs adjacents au concentrateur 115 ; la paroi lumineuse peut être très fine ; 20 et elle peut avoir une forme très complexe puiegue la lame 9 peut avoir une forme libre comme représenté à la figure 20, et que dispositif tout entier peut être réalisé en matériau souple et déformable par l'utilisateur. Un perfectionnement de l'invention permet à l'utilisateur d'orienter le flux 25 lumineux. Il consiste à lui donner le moyen de décaler un concentrateur 115 par rapport au flux lumineux issus du diffuseur 113. Il est important que ce décalage n'ait pas pour conséquence que les rayons lumineux issus d'un diffuseur 113 ne parviennent plus en totalité au concentrateur 115 qui lui est associé. Un second perfectionnement consiste à 30 utiliser des concentrateurs à deux lentilles convergentes successives. I1 est illustré par la figure 21 qui montre deux ensembles de concentrateurs 1000 et 1001 qui sont tous les deux mobiles par rapport à l'ensemble des diffuseurs 113, 123 et suivants, lesquels sont solidaires de la lame àfa.çe parallèle 9. Les centres optiques des deux lentilles constituant un concentrateur sont 35 alignés mécaniquement avec le centre du diffuseur 113 avec lequel ce concentrateur coopère, parce que les plaques 9, 1000 et 1001 sont reliées entre elles par des tiges 2001, 2002 et suivantes. 4ee figures 22 et 23 Permettent d'illustrer deux autres perfectionnements l'invention. 40 Le premier consiste à munir le dispositif d'un second miroir 7a situé du côté opposé à celui du miroir 7. Les deux miroirs 7 et 7a se' renvoient mutuellement les rayons lumineux qui traversent ledit guide de lumière. Les diffuseurs situés à l'extrémité de la lampe, en vis-à-vis du réseau lenticulaire 1000, interceptent les rayons lumineux traversant ladite lame 45 transparente 9, à l'aller comme au retour, et les dévient vers les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire 1000. Ce dispositif augmente la quantité de lumière sortant du dispositif par les concentrateurs du réseau lenticulaire 1000. Le second perfectionnement consiste à ce que la zone 2 d'entrée de la lumière 50 dans la paroi lumineuse est située en dehors dudit miroir 7a, de telle sorte que la plus grande partie de la lumière réfléchie par le miroir 7 soit à nouveau réfléchie vers ce dernier par le miroir 7a. Les faces dudit guide de lumière 9 selon l'invention ne sont pas obligatoirement des formes planes ou développables. La figure 24 est une vue 55 en perspective d'une paroi lumineuse simplifiée, très bon marché, réduite à une tige de section ovale dont une partie de la paroi constitue une lentille cylindrique 115, et dont la face opposée à ce concentrateur comporte un diffuseur 113 situé sensiblement dans le plan de focalisation de ladite lentille cylindrique 115. Une section de cette tige est représentée par la figure 25. cette tige peut être rigide ou souple. Elle peut comporter des raidisseurs (non représentés) pour ne pouvoir être enroulée que dans un même plan. Une paroi lumineuse selon l'invention peut aussi être constituée par la juxtaposition de telles tiges, comme cela est représenté à la figure 26. Dans l'exemple de cette figure, les diffuseurs sont des miroirs concaves, et qui diffusent un faisceau divergent dans une direction parallèle à l'axe longitudinal de ladite tige, mais convergent dans une direction perpendiculaire à cet axe. Le concentrateur ne faisant converger le faisceau que dans la direction perpendiculaire audit axe longitudinal, le faisceau lumineux issu de chaque dispositif optique élémentaire 11 est ainsi maîtrisé dans les deux directions et peut être un faisceau directionnel. La figure 27 est une vue en perspective d'un élément unitaire d'une paroi constituée de l'assemblage de tels éléments unitaires. Les éléments 11 et 12 sont reliés entre eux par la zone convexe 114 de sortie de la lumière du dispositif élémentaire 11 et la zone concave 122 d'entrée de la lumière dans le dispositif élémentaire 12. Ces deux zones ont la fonction mécanique de rotules, et permettent à l'assemblage représenté à la figure 28 d'être déformé par l'utilisateur. Les rotules peuvent évidemment être remplacées par d'autres dispositifs similaires connus (non représentés) limitant les possibilités de mouvement d'un dispositif élémentaire par rapport à son voisin. D'une façon générale, les dispositifs optiques élémentaires juxtaposés 11, 12 et suivants peuvent être placés librement, mais il est avantageux de les disposer de telle sorte que tous les rayons lumineux traversant le guide de lumière 9 rencontrent au moins un diffuseur 113. 11 suffit pour cela de disposer les dispositifs optiques élémentaires juxtaposés 11, 12 et suivants le long de lignes légèrement inclinées comme représenté à la figure 20. Dans tous les cas, l'homme de l'art peut avantageusement définir par le calcul ou des essais successifs des formes complexes afin que les rayons lumineux provenant de ladite zone 112 d'entrée de la lumière soient réfléchis de façon homogène par ledit diffuseur 113 vers ledit concentrateur 115. De nombreux logiciels de conception 3D permettent de simuler le passage de flux lumineux à travers des objets transparents, en tenant compte de réflexions et de réfractions successives. Ils peuvent être mis à profit pour déterminer les formes de chacun des diffuseurs 113, 123 et suivants et de chacune des lentilles convergentes 115, 125 et suivantes afin que les rayons lumineux entrés dans la paroi lumineuse par la zone 2 soient répartis de façon homogène par les lentilles convergentes 115, 125 et suivantes.

La paroi lumineuse peut être conçue pour émettre des rayons lumineux perpendiculairement à la surface de la paroi, mais ce n'est pas obligatoire. L'affichage perpendiculaire à la paroi est généralement un avantage, comme par exemple pour le rétro-éclairage d'écrans électroniques ou pour de nombreux types de luminaires.

L'homme de l'art peut prévoir un moyen - non représenté - de déplacement de l'ensemble 1000 des concentrateurs 115, 125 et suivants par rapport à l'ensemble des diffuseurs 113, 123 et suivants, afin de permettre à l'utilisateur de modifier la direction et la concentration du flux lumineux issu du dispositif.

La figure 9 montre un luminaire selon l'invention. Il comporte une source lumineuse 5 dirigée vers le haut par un réflecteur parabolique 6. La lumière est ensuite répartie par les diffuseurs et émise horizontalement dans toutes les directions. Un tel luminaire peut être posé sur une table et l'éclairer sans aveugler les personnes dont les yeux sont situés au dessus du luminaire.

La figure 12 montre un luminaire plan selon l'invention. Il comporte une source lumineuse 5 dirigée horizontalement par deux diffuseurs 6a et 6b. La lumière est ensuite répartie par les diffuseurs et déviée par les dioptres 115, 125 et suivants pour sortir verticalement du luminaire. Un tel luminaire peut être posé sur une table et le plafond sans aveugler les personnes dont les yeux sont situés au dessus du luminaire. Inversé et fixé en hauteur, il peut éclairer une table ou une pièce sans aveugler les personnes qui ne sont pas placées directement dans son champ. C'est aussi un avantage majeur lorsque l'on utilise des filtres colorés dont l'efficacité varie avec l'incidence des rayons qui les traversent.

Pour d'autres applications, il peut en revanche être très utile d'orienter les rayons lumineux issus de la paroi lumineuse dans d'autres directions. C'est le cas des exemples des figures 10 et ii. La figure 10 montre une variante particulièrement adaptée aux phares des véhicules. Les rayons lumineux sont émis horizontalement mais la paroi elle- même est très inclinée pour s'adapter à la forme de la carrosserie du véhicule à cet endroit. L'homme de l'art sait concevoir et disposer les lentilles convergentes 115, 125 et suivantes pour les faire converger ou diverger comme il le souhaite en fonction des besoins.

Une paroi selon l'invention peut être plate ou courbe. La courbure peut être très complexe, à la fois dans le sens de propagation des rayons lumineux, ou dans le sens perpendiculaire à cette direction. La figure 11 montre une variante de la paroi lumineuse de la figure 10, avec une forme plus complexe. Elle montre une des très nombreuses méthodes que l'homme de l'art peut mettre en oeuvre pour adapter la paroi lumineuse à la faune d'une carrosserie. On peut dévier la lumière entre deux dispositifs optiques élémentaires juxtaposés 11 et 12, par un prisme, lequel peut être réduit à une fente de section triangulaire dans la paroi lumineuse, comme l'association des dispositifs optiques élémentaires 12 et 13 à la figure 2. Cela permet de dévier les rayons lumineux vers le haut ou vers le bas de la paroi, mais aussi vers la gauche ou vers la droite. Dans de nombreuses applications, il est avantageux que la partie de la face arrière de la paroi lumineuse qui ne comprend pas diffuseurs 113, 123 et suivants comporte un Miroir 8 réfléchissant vers l'avant de la paroi lumineuse la lumière ambiante. D'une façon plus générale, le fait que les diffuseurs 113, 123 et suivants n'occupent qu'une partie seulement de la face arrière de la paroi lumineuse permet d'utiliser l'espace disponible entre lesdits diffuseurs pour émettre vers l'avant de la lumière provenant d'une ou plusieurs autres sources lumineuses dont en particulier la lumière du jour, On sait que les écrans électroniques comme par exemple ceux des téléviseurs, des ordinateurs, des appareils photo ou des téléphones, deviennent peu lisibles lorsqu'ils sont dans un environnement très lumineux. Récupérer par tout moyen connu cette lumière ambiante pour la réintroduire dans la paroi lumineuse par l'espace libre entre les diffuseurs 113, 123 et suivants est un perfectionnement considérable de ces produits. La paroi lumineuse peut émettre de la lumière simultanément dans plusieurs directions différentes prédéfinies. I1 suffit pour cela que deux dispositifs optiques élémentaires 11 et 12 aient des caractéristiques optiques différentes ou que plusieurs diffuseurs 113a, ll3b et suivants soient associés au même eoncentrateur- 115. Dans ce dernier mode de mise en œuvre, particulièrement avantageux, l'ensemble des diffuseurs peut être associé à plusieurs ensembles de concentrateurs envoyant chacun une image différente en direction du spectateur. Il existe de la place pour cela entre les diffuseurs. Dans une version non représentée, on associe deux ensembles de diffuseurs, les diffuseurs d'un premier ensemble sont disposés sur la face avant d'une première lame à faces parallèles, et ceux d'un second ensemble sont disposés sur la face arrière d'une seconde lame à face parallèles accolée à l'avant de ladite première lame% Les deux ensembles de diffuseurs sent alors situés dans le même plan, et chacun émet la lumière émise par la source de lumière associée à l'une ou l'autre des lames à faces parallèles.

Une série de dispositifs optiques élémentaires peut aussi émettre de la lumière dans une direction et une autre série dans une autre. On peut allumer et éteindre séquentieilement les sources lumineuses correspondant aux émissions dans les différentes directions, et afficher 5 selon la même séquence les images destinées aux différentes directions. Une paroi lumineuse selon l'invention a de nombreuses applications dans le domaine de la vidéo 3D, ou plus simplement pour permettre à plusieurs spectateurs d'utiliser un même afficheur pour voir chacun des images différentes. 10 te premier avantage de la présente invention est de limiter la quantité de lumière nécessaire pour émettre de la lumière dans une direction donnée, et par exemple de limiter la puissance nécessaire du rétro-éclairage des écrans électroniques, ou ce qui est la même chose, de fournir davantage de lumière au spectateur situé dans le domaine de visibilité choisi par le concepteur, 15 et donc de rendre les écrans électroniques mieux visibles en plein jour. Un autre avantage tient à ce que l'on peut réaliser toutes sortes de luminaires fins, de formes diverses et variés, pour éclairer des domaines délimités. On peut par exemple éclairer une table de salle à manger sans aveugler les convives, illuminer un tableau sans que personne ne puisse voir 20 la source lumineuse, ou éclairer une pièce par un éclairage au plafond n'émettant pratiquement aucun rayon lumineux visible directement par les personnes situées dans la pièce. Les principales applications de la présente invention sont les dispositifs de rétro-éclairage pour écrans vidéo (téléviseurs, ordinateurs, appareils photo, 25 téléphones, tableaux de bord, etc.) ou pour images imprimées (cadres photo, panneaux publicitaires, enseignes, etc.), les luminaires, les projecteurs de touts types (dont les phares des automobiles, des bateaux et des aéronefs, et l'éclairage urbain), la signalisation des automobiles et routière, les jouets et les gadgets.

Claims (10)

1. Revendications1. Paroi lumineuse 1 comprenant une zone 2 d'entrée de la lumière et une série d'au moins deux dispositifs optiques élémentaires juxtaposés 11 et 12, un dispositif optique élémentaire 11 comprenant une zone latérale 112 dite zone d'entrée de la lumière. un dispositif optique dit diffuseur 113 qui dévie la lumière provenant directement ou indirectement de ladite zone d'entrée de la lumière sous forme d'un faisceau lumineux divergent, un dispositif optique convergent dit concentrateur 115 qui dévie ledit faisceau lumineux divergent en le faisant converger, et une zone latérale 114 de transmission de la lumière vers la zone 122 d'entrée de la lumière du dispositif optique élémentaire 12 adjacent, sauf pour le dernier dispositif optique élémentaire juxtaposé 19 de ladite série de. dispositifs optiques élémentaires qui peut ne pas contenir une telle zone 114, caractérisée par le fait que la projection d'un diffuseur 113 sur le plan facial est inférieure à la moitié de la projection d'un concentrateur 115 sur le même plan, qu'une partie au moins du faisceau lumineux entrant dans un dispositif optique élémentaire 11 par ladite zone 112 d'entrée de la lumière est déviée par ledit diffuseur 113 vers ledit concentrateur 115, 25 et que le reste du faisceau sauf pour le cas dudit dernier dispositif optique élémentaire juxtaposé 19 - est principalement dirigé vers ladite zone 114 de transmission de la lumière vers la zone 122 d'entrée de la lumière du dispositif optique élémentaire 12 adjacent. 30 étant précisé que l'on entend ci-avant par faisceau lumineux divergent un faisceau lumineux qui finit par diverger, même dans le cas oi il commence par converger pour diverger plus loin, et par plan facial un plan perAendiculaire à la direction 35 moyenne de sortie d'un concentrateur 115 des rayons lumineux provenant d'un diffuseur 113.
2. 2. Paroi lumineuse 1 selon la revendication 1 caractérisée par le fait que l'ensemble 1000 des concentrateurs 115, 125 et suivants est mobile par rapport à l'ensemble des diffuseurs 113, 123 et suivants ; 40
3. 3. Paroi lumineuse 1 selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu'un concentrateur 115 est constitué de deux lentilles convergentes 115a et 115b, dont les centres optiques sont sensiblement alignés avec le centre du diffuseur 113 avec lequel il coopère.
4. 4. Paroi lumineuse 1 selon la revendication 1 caractérisée par le fait 45 qu'elle comporte un élément transparent dit guide de lumière 9 ayant deux faces principales, lesdites faces principales comportant des parties qui sont lisses et réfléchissent totalement les rayons lumineux leur parvenant avec une forte incidence, et des portions d'au moins une desdites faces principales, les 50 diffuseurs 113, 123 et suivants, qui dévient les rayons lumineux principalement dans des directions différentes de celle que provoquerait une réflexion totale. 10 15 20
5. 5. Paroi lumineuse 1 selon la revendication 4 caractérisée par le fait qu'elle comporte un miroir 7 Situe du côté de la paroi lumineuse 1 qui est opposé à ladite zone 2 d'entrée de la lumière ;
6. 6. Paroi lumineuse 1 selon la revendication 2 caractérisée par le fait qu'elle comporte un second miroir 7a situé du côté opposé à celui du miroir 7, et que les deux miroirs 7 et 7a se renvoient mutuellement les rayons lumineux qui traversent ledit guide de lumière
7. 7. Paroi lumineuse 1 selon la revendication 2 caractérisée par le fait que la zone 2 d'entrée de la lumière dans la paroi lumineuse est située en dehors dudit miroir 7a
8. 8. Paroi lumineuse 1 selon la revendication 4 caractérisée par le fait que ledit guide de lumière 9 est une forme étirée de section ovale dont une partie de la paroi constitue une lentille cylindrique 115, et dont la face opposée à ce concentrateur comporte un diffuseur 113 situé sensiblement dans le plan de focalisation de ladite lentille cylindrique 115.
9. 9- Paroi lumineuse 1 selon la revendication 8 caractérisée par le fait que ledit guide de lumière 9 est une tige souple.
10. 10. Paroi lumineuse 1 selon la revendication 8 caractérisée par le fait que ledit guide de lumière 9 comprend des éléments unitaires juxtaposés reliés par des rotules.