LU82057A1 - Nouveau systeme et nouveaux dispositifs pour produire un eclairage sensiblement uniforme a partir de sources intenses de faibles dimensions - Google Patents

Description

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La présente invention concerne un nouveau système et de nouveaux dispositifs pour produire un éclairage sensiblement uniforme à partir de sources intenses de faibles dimensions.

Le système et les dispositifs selon 1*invention s’appliquent plus particulièrement à l’éclairage à faible et moyenne hauteur en permettant un éclairage uniforme et confortable sur une grande surface à partir de telles sources de grande intensité.

Depuis quelques 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/vatt 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 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 faible luminance et les faibles rapports espacement entre les appareils d’éclairage/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 k m) sont en général des locaux où le confort visuel est un facteur primordial de qualité d'éclairage. Les normes d'éclairage intérieur

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I limitent l’éblouissement en imposant des valeurs maximales | de luminance des appareils suivant l’angle d’observation | (pour des locaux avec 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 û’ 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 I conduit à une diminution importante du nombre de sources, 5 * :| ce qui constitue un but recherché et, par conséquent, à des rapports élevés espacement/hauteur d’installation.

Une conception traditionnelle d’appareils d’ éclairage consistant à placer la source au foyer d’un j ' réflecteur et d’envoyer un maximum de lumière vers le I * 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, ...) i caractérisant une installation d'éclairage de qualité, j On a dès lors cherché de nouveaux systèmes opti— t ques permettant de répartir convenablement un flux lumineux ï| imuortant sur une surface étendue.

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La demande de brevet français 76 24096 propose à cet effet une installation comportant une partie optique dirigeant le flux lumineux important dans un guide de I lumière, dont les surfaces sont disposées sous un angle aigu l’une par rapport à l’autre, l'une étant réalisée fj de façon à réfléchir le flux lumineux et l’autre, orientée vers l’espace à éclairer comportant alternativement des •i zones laissant passer la lumière et des zones réfléchis- santés.

Ce type d'installation ne s'avère toutefois pas ;l; satisfaisant quant à la qualité de l'éclairage.

I L'objet de la présente invention a été de réali- ij ser un nouveau système d'éclairage utilisant des sources • intenses de faible dimension et nroduisant une surface

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éclairante étendue, de luminance sensiblement uniforme et dont est issu, en tout point, un flux sensiblement multidirectionnel.

Le nouveau système selon l’invention se caractérise principalement par le fait que : - le flux lumineux d’une source intense de faible dimensior est concentré au moyen d’un dispositif optique en un ou plusieurs faisceau(x) lumineux ayant une ouverture angulaire étroite, et que - chacun desdits faisceaux lumineux est dirigé dans un ^ dispositif répartiteur comprenant des surfaces de réflexions directes et/ou multiples, dont les positions et inclinaisons relatives coopèrent de manière à intercepter et répartir le flux transporté par ledit faisceau lumineux de façon à obtenir une ou plusieurs surface(s) 4 éclairante(s) de luminance sensiblement uniforme, s’éten dant longitudinalement dans le sens dudit faisceau lumineux.

L’invention concerne également des nouveaux dispositifs pour le système selon l’invention, caractérisés par le fait qu’ils comportent au moins : . - un dispositif concentrateur optique destiné à concentrer le flux lumineux de la source en au moins un faisceau lumineux d’ouverture angulaire étroite, et - un dispositif répartiteur disposé sur la trajectoire de chacun desdits faisceaux et comprenant des surfaces de réflexions directes et/ou multiples, disposées et . inclinées de manière à intercepter et répartir le flux dudit faisceau sur une ou plusieurs surface (s'* éclairante (s) de luminance sensiblement uniforme, s’étendant longitudinalement dans le sens dudit faisceau lumineux.

Dans le système et les dispositifs selon l’invention, le flux lumineux issu du dispositif répartiteur peut, de manière très adéquate, être dirigé ' sur un dispositif diffuseur destiné à donner une orientation sensiblement multidirectionnelle au rayonnement issu de tout point de sa surface visible et à obtenir une surface éclairante de luminance sensiblement uniforme.

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De même, la ou les surface(s) éclairante(s) de luminance sensiblement uniforme, s’étendant longitudinalement dans le sens du système et des dispositifs selon l’invention, est ou sont de préférence limitée(s) latéralement à une largeur finie par des surfaces de réflexion dudit dispositif répartiteur.

! Le dispositif concentrateur du système et des I dispositifs d’éclairage selon l’invention est, quant à i lui, de préférence constitué en ordre principal d’éléments i I réflecteurs paraboloîdes et/ou de lentilles convergentes, | . permettant de produire des faisceaux lumineux ayant une J ouverture angulaire inférieure à 5° et de préférence I - inférieure à 2,5°.

j Dans les formes de réalisations de l’invention (comprenant un dispositif diffuseur du flux lumineux issu du dispositif répartiteur, ce dispositif diffuseur est ! ’ de préférence conçu de manière à orienter les rayons j lumineux issus de sa surface éclairante de luminance - sensiblement uniforme selon une répartition angulaire ad hoc, et, particulièrement selon des angles compris ! entre 0 et 30° par rapport à la perpendiculaire à sa j surface éclairante lorsqu’elle est plane et horizontale.

Le dispositif diffuseur peut notamment agir i Ü par réflexion, réfraction ou diffusion ou par une eombi- js j naison de ces processus.

IUn mode de réalisation très approprié du dispo-^ sitif diffuseur consiste en un réfracteur prismatique, i , destiné à capter les rayons issus du dispositif répar- |l titeur et l’atteignant sous une incidence relativement I’' |1 rasante et à produire un faisceau de rayons sortant selon une répartition angulaire ad hoc, et, particulière- Iî ment selon des angles compris entre 0 et 30° par rapport ! i; à la perpendiculaire à sa surface éclairante de luminance * < ; sensiblement uniforme lorsqu’elle est plane et horizontale

Un mode de réalisation particulièrement intéressant du dispositif répartiteur du flux lumineux dans j;j le si^stème et les dispositifs d’éclairage selon l’inven- ition consiste en un couloir conducteur et concentrateur du flux lumineux, lequel couloir est délimité par des

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parois supérieures et latérales constituant ou portant lesdites surfaces de réflexions directes et/ou multiples et à sa "base par ledit dispositif diffuseur.

Dans un tel couloir, les surfaces de réflexion sont de préférence disposées de manière telle que les rayons lumineux ne subissent qu’une seule réflexion sur la/les surface(s) de réflexion de la/des paroi(s) supérieure (s) et que les rayons lumineux frappant les surfaces de réflexion des parois latérales sont, selon leur angle d’incidence réfléchis vers l’/les autre(s) paroi(s) latérale(s), vers la paroi supérieure ou vers ledit dispositif diffuseur.

Le couloir peut notamment et de manière appropriée être formé d'une surface de réflexion supérieure unique et plane, et de 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 avantageux de l’invention, la base du couloir conducteur et concentrateur du flux lumineux, formant la surface d'éclairage de luminance sensiblement uniforme, est constituée par un dispositif diffuseur de lumière selon l’une ou l’autre des réalisations décrites plus haut.

Le dispositif concentrateur selon l’invention peut être réalisé au moyen de n’importe quel dispositif optique concentrant le flux d’une source lumineuse en un ou plusieurs faisceau(x) d'ouverture angulaire étroite.

Pour une réalisation intéressante de l’invention, on peut toutefois utiliser comme dispositif concentrateur des éléments réflecteurs parabolcïdes connus en soi, munis, conformément à l’invention, de lentilles convergentes dont le diamètre est égal au double du paramètre p desdits éléments peraboloïdes et dont la distance focale est égale au rapport p/tg^ où a est l’angle d’ouverture desdits éléments paraboloïdes, et

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qui sont placées de manière à intercepter le flux lumineux qui n’est pas intercepté par le réflecteur.

Une autre réalisation intéressante consiste à utiliser, comme dispositif concentrateur des éléments réflecteurs cylindro-paraboliques, disposés concentriquement de façon à intercepter sensiblement tout le flux lumineux émis par la source, et/ou des prismes concentrateurs.

Le dispositif concentrateur selon l'invention peut d’autre part aussi être réalisé de manière particulièrement intéressante au moyen de nouveaux types de f dispositifs optiques destinés à concentrer le flux d'une source lumineuse en plusieurs faisceaux ayant une ouverture angulaire étroite, qui font également en eux-mêmes l’objet de la présente invention.

. Un premier type de tels nouveaux dispositifs . optiques selon l'invention consiste en deux éléments paraboloïdes coupés par un plan passant par leurs foyers et placés dos à dos, leurs foyers étant communs, de manière à former deux faisceaux d’ouverture angulaire étroite à partir d'une source lumineuse placée sensiblement à l’endroit desdits foyers.

Un autre type de nouveaux dispositifs optiques selon l’invention consiste en un élément réflecteur de forme quelconque, pourvu d'ouvertures dans des directions perpendiculaires à l’axe de réflexion dudit élément, et t I contenant des lentilles convergentes disposées de façon | telle que leurs foyers soient communs et que leurs axes j ' soient dirigés vers lesdites ouvertures, de manière & ! répartir le flux lumineux d’une source placée aux foyers ! desdites lentilles en plusieurs faisceaux d’ouverture angulaire étroite, dirigés dans des sens 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

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concentrateur destiné à concentrer le flux lumineux de la source, un dispositif répartiteur destiné à répartir le flux lumineux sur une surface d’éclairage de luminance sensiblement uniforme et éventuellement un dispositif diffuseur destiné à orienter le rayonnement sortant selon une répartition sensiblement multidirectionnelle peuvent, en outre, comporter dans certaines réalisations particulières, des éléments 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 4 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 1’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, donnés à titre purement illustratif en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 9 représentent schématiquement des vues en plan de bas de dispositifs d’éclairage selon 1’invention; - les figures 10, 11, 12 représentent schématiquement des vues en coupe de dispositifs optiques selon l’invention pour concentrer le flux lumineux d'une source; - les figures 15, 14 représentent schématiquement des dispositifs distributeurs de flux lumineux, selon l’invention; - les figures 15, 16, 17, 16 représentent schématiquement des vues en coupe de trois exemples de formes de réalisation de dispositifs répartiteurs selon l’invention; .

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I - la figure 19 est une représentation schéma tique de la décomposition du flux lumineux dans un dispositif concentrateur constitué par un dispositif optique à deux paraboloïdes, selon 1*invention.

Le but recherché par le système et les dispositifs d’éclairage selon l’invention est de créer, à I 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 j 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 des "guides ou répartiteurs de lumière" (dispositifs répartiteurs).

D’innombrables modes de mise en oeuvre du * f principe de l’invention sont concevables comme l’illus- j 4 trent les figures 1 à 9.

| Ces divers dispositifs d’éclairage représentés ! schématiquement en vue en nlan de dessous sont tous i constitués d’éléments semblables, à savoir : - des sources intenses de faible dimension, de nature (couleur) identiques 1, du complémentaires 2, placées dans i - des dispositifs concentrateurs 3 destinés à concentrer j la lumière en un ou plusieurs faisceaux de faible ouver- ' ture angulaire ; - éventuellement des éléments conducteurs 4 de section I quelconque destinés à conduire la lumière par réflexion i multiple d’un côte à l’autre, et des dispositifs distri- j ; buteurs 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 le. surface éclairante peut être soit continue 6, soit constituée de modules lumineux 7 de dimensions variables.

Les figures montrent ainsi I 1°) un dispositif permettant, à partir d’une seule I source de lumière 1 de petites dimensions, de créer

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dans une direction et dans un seul sens, une surface lumineuse 6 continue de luminance uniforme (figure l), 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 1 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 courtes 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 j surfaces lumineuses limitées en modules 7 le long de la ou des directions réalisables (figures 8 et 9).

Dans les dispositifs selon l’invention, le rôle du dispositif concentrateur 3, c’est-à-dire de lf 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 de ce flux pour l'éclairage direct comme un luminaire traditionnel.

Le dispositif concentrateur peut, suivant le type de système qu’il est appelé à équiper, par exemple être réalisé de l’une des façons suivantes : - un réflecteur classique de forme paraboloïde, - un réflecteur 30 constitué par des éléments de réflecteur cylindro-paraboliques 8,9>10,11 de paramètres variables et disposés de façon à-intercepter le maximum de flux émis par la source.

Ce type de dispositif concentrateur peut être utilisé pour les systèmes où la source de lumière est une source linéaire de petite section comme par exemple une source à vapeur de sodium haute pression (figure 10); - un réflecteur de type nouveau 40 constitué de deux parabololdes identiques 12, coupés par un plan perpen- ‘ diculaire à l’axe passant par le foyer et placés des à dos, leur foyer 13 étant commun, et de deux lentilles 14 (biconvexe, de Fresnel) dont le diamètre est égal ou double du paramètre (p) de la parabole et dont la distance focale est égalé a : p/tg — (a étant l’angle d’ouverture de la parabole). Ce système optique permet de concentrer l’entièreté du flux émis par la source (figure 11).

- un dispositif réflecteur/concentrateur de type nouveau 5( utilisant un réflecteur 15 de conception traditionnelle i 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 12).

Les éléments distributeurs 5 éventuellement mis en oeuvre dans les dispositifs selon l’invention sont de préférence constitués de réflecteurs simples 19 (figure 13) ou de prismes à réflexion totale 20 (figure 14).

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 4 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 reliés par des conducteurs.

De manière générale, les dispositifs répartiteurs sont constitués de trois parties : le toit, les parois et la base lumineuse.

Le toit et les parois ont pour fonction de conduire et de distribuer uniformément par réflexion le flux lumineux vers la base.

La forme du toit, son inclinaison ainsi que celle des parois 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 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” et l’horizontale est fonction de la hauteur et de la longueur du dispositif répartiteur.

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Les rayons lumineux ne subissent qu’une seule réflexion sur le toit.

Le but est de créer une surface lumineuse ayant .1 ;l une luminance uniforme. Cette surface doit avoir une ;j longueur maximum qui est fonction de la concentration 5 réalisée par le réflecteur. Pour obtenir une luminance ; uniforme, il faut que le dispositif répartiteur ait une .y S largeur finie, donc quTïl ait des parois latérales.

| Le rôle des parois est donc de concentrer le flu: l en provenance de la source ou du toit, de le diriger vers | ' le bas et de le répartir de façon sensiblement égale sur j toute la longueur du dispositif diffuseur.

’ Ces parois reçoivent des rayons lumineux venant soit du paraboloïde soit du toit, soit de la paroi opposée « et les renvoient soit vers la base, soit vers le toit, : 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 judicieusi • des inclinaisons des parois et du toit, calculées en Λ Ï fonction de la répartition du flux lumineux issu du | dispositif concentrateur qui permet d’obtenir les résul- ij tats recherchés.

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Quelques exemples de réalisations possibles pour la forme des dispositifs répartiteurs ICQ et des Ï dispositifs diffuseurs 21 sont rej^résentés aux figures j 15, 16, 17 et 18.

$ ' Les figures 15 et 16 montrent respectivement : une coupe longitudinale et transversale d’un système I répartiteur 100 - diffuseur 21 destiné à produire une surface lumineuse continue 6.

La figure 17 montre, en coupe longitudinale, il un autre exemple de système répartiteur ICO - diffuseur 21 1 destiné à produire une surface lumineuse continue 6 et T la figure 16 montre, en coupe longitudinale, un exemple j d’un système répartiteur 100 - diffuseur 21 destiné à 1 nroduire plusieurs surfaces lumineuses en forme de ; modules 7-

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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 par-» falternent 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 les atteignent sous une incidence rasante et de les réorienter selon une direction faisant principalement un angle compris entre 0 et p0° 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.

Le principe du nouveau type de réflecteur 40, selon l’invention (figure 11) à savoir le réflecteur dit en forme de "diabolo” et constituant un dispositif concentrateur selon l’invention, apparaîtra plus clairement , de ce qui suit :

Les sources de lumière utilisées ont une répartition pratiquement uniforme dans l’espace, c’est-à-dire qu'elles émettent une intensité presque identique dans toutes les directions.

Il faut donc concentrer le flux dans une ou plusieurs directions principales. La technique courante la plus efficace, employée pour des appareils d’éclairage, est d’utiliser un réflecteur paraboloïde, la source étant placée au foyer.

Les réflecteurs paraboloïdes traditionnels présentent toutefois certains défauts, à savoir notamment : — i — 1) Une partie du flux lumineux (0) n’est pas interceptée ' par le réflecteur, ce flux n’est donc pas concentré dans la direction de l’axe.

2) Le foyer lumineux des sources utilisées n’est pas s ponctuel, il a des dimensions non négligeables.

Les rayons lumineux ne sont donc pas issus du foyer du parabololde mais d’une zone entourant ce foyer, ils sont donc réfléchis par le réflecteur parabololde selon des directions faisant certains angles avec son axe.

Ces angles varient en fonction de la distance entre le foyer et le réflecteur. Ils sont d’autant plus grands que cette distance est petite.

3) La zone du réflecteur proche de l’axe, renvoie des rayons lumineux au travers de la source elle-même; ces rayons sont atténués et déviés, ce qui diminue l’effet de concentration recherché.

4) La densité de flux n’est pas uniforme.

La moitié du flux lumineux est interceptée par une surface projetée du parabololde égale à Jtp (surface à l’arrière du foyer, de diamètre 2p), tandis qu’une partie du parabololde dont la surface projetée est 3 fois plus grande (surface de diamètre entre p et 2p) n’intercepte que la cinquième partie du flux émis par la source.

Avec ce tj’pe de réflecteur, il est donc impossible d’améliorer l’uniformité de la densité de flux et le seul moyen disponible pour augmenter la concentration consiste à augmenter les dimensions du réflecteur afin de diminuer l’influence des dimensions réelles de la source par rapport su réflecteur.

Le nouveau type de réflecteur 40, selon l’invention, permet d’éliminer ces inconvénients des réflecteurs paraboloïdes connus.

Il est composé de deux paraboloïdes identiques coupés par un plan perpendiculaire à l’axe passant par le : foyer et placés dos à dos, le foyer étant commun, consti- I tuant ainsi une sorte de »'diabolo”.

Le flux émir par la source se décompose (figure 18) en un flux direct 0o non intercepté par le réflecteur,

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en un flux 02 intercepté par le réflecteur au-delà du plan perpendiculaire à l’axe passant par le foyer, c’est-à-dire par la partie de réflecteur suffisamment éloignée de la source pour que l’erreur due aux dimensions réelles soit négligeable, et en un flux ¢1 qui dans un paraboloïde simple est intercepté par la partie arrière du réflecteur, c’est-à-dire par la partie proche de la source, là où l’écart entre les directions réelle et théorique est maximum, mais qui dans le réflecteur 40 se décompose comme l’autre moitié du flux, en un flux direc 0'o et un flux 0’2.

Par rapport à un paraboloïde conventionnel, le , flux 02, le seul qui est parfaitement concentré, est doublé (02 + 0’2). Far contre, le flux 0o non concentré est doublé également.

Dans le réflecteur 40 selon l’invention, ce flux direct est concentré à l’aide de lentilles (biconvexes ou de Fresnel) dont le diamètre est égal au double du paramètre p de la parabole et dont la distance focale est égale à p/tg (a étant l’angle d’ouverture de la parabole).

La position de la lentille est telle qu’elle intercepte l’entièreté du flux direct sans intercepter les rayons des flux (02 et 0*2) réfléchis par la parabole.

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 1’ accessibilité, - la réduction des risques électriques du fait de la localisation des sources lumineuses,

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i « c ij - le non éblouissement, ! - la possibilité d’utiliser les éléments conducteurs ï ' et les dispositifs répartiteurs en complément pour la | climatisation éventuelle des locaux, •1 - dans le cas d’utilisation dans l’éclairage par trans parence des panneaux de signalisation routière, allège-I ment du caisson de ce panneau du fait qu’il n’est plus | nécessaire de prévoir la circulation du personnel d* I entretien à l’intérieur du panneau.

Ils peuvent trouver des applications très * intéressantes, notamment pour : - l’éclairage intérieur ligne continue, locaux privés, bureaux, industriels, I - l’éclairage intérieur des panneaux de signalisation •j routière, * j - l’éclairage de panneaux publicitaires et d’affichage, j - l’éclairage en ligne continue dans les tunnels, évitant ainsi la multiplicité des sources et l’effet de papillo-j tement, j - l’éclairage de plusieurs locaux à partir de sources : communes, | - l’éclairage de passages inférieurs, de gare de métro, S d’autobus, de chemin de fer, de galeries commerçantes, - l’éclairage de salles de sports - piscines (là où 1’ 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 explo- | - sive et salles frigorifiques; locaux humides, j - - les locaux où l’accès aux sources est difficile, j - les supermarchés ou magasins à grandes surfaces, \ - l'éclairage d’étalages (facilité d’accès).

I II est bien évident que l’invention n’est pas | limitée aux modes de réalisation représentés, et que bien j des modifications peuvent y être apportées par l’homme i de métier qualifié, sans sortir du cadre de l’invention I telle que définie dans les revendications suivantes.

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Claims (23)

1. Nouveau système d’éclairage utilisant des sources intenses de faible dimension, caractérisé en ce que : - le flux lumineux de la source est concentré au moyen d’un dispositif concentrateur en un ou plusieurs faisceau(x) lumineux ayant une ouverture angulaire étroite, et que : - chacun desdits faisceaux lumineux est dirigé dans un * dispositif répartiteur comprenant des surfaces de réflexions directes et/ou multiples, dont les positions et inclinaisons relatives coopèrent de manière à intercepter et répartir le flux dudit faisceau lumineux sur une ou plusieurs surface(s) éclairante(s) de luminance sensiblement uniforme, s’étendant longitudinalement dans le sens dudit faisceau lumineux.

2. Nouveau dispositif d’éclairage pour sources intenses de faible dimension, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : - un dispositif concentrateur destiné à concentrer le flux lumineux de la source en au moins un faisceau lumineux d'ouverture angulaire étroite, et - un dispositif répartiteur disposé sur la trajectoire de chacun desdits faisceaux et comprenant des surfaces de réflexions directes et/ou multiples, disposées et inclinées de manière à intercepter et répartir le flux ‘ dudit faisceau sur une ou plusieurs surface(s) éclairan te (s) de luminance sensiblement uniforme, s’étendant longitudinalement dans le sens dudit faisceau lumineux.

3. Système et/ou dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le flux lumineux issu du dispositif répartiteur traverse un dispositif diffuseur destiné à donner une orientation sensiblement multidirectionnelle au rayonnement issu de tout point de sa ou de ses surface(s) visible(s) et à obtenir une ou plusieurs surface(s) éclairante(s) de luminance sensiblement uniforme.

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4. Système et/ou dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la ou les-dite(s) surface(s) éclairante(s) de luminance sensiblement uniforme, s’étendant longitudinalement dans le sens du faisceau lumineux est/sont limitée(s) latéralement par des surfaces de réflexion dudit dispositif répartiteur.

5. Système et/ou dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif concentrateur destiné à concentrer le flux lumineux de la " source en un ou plusieurs faisceau(x) ayant une ouverture angulaire étroite, comprend des éléments réflecteurs paraboloïdes et/ou des lentilles convergentes.

6. Système et/ou dispositif selon la revendication 3» caractérisé en ce que le dispositif diffuseur oriente les rayons lumineux issus de sa surface éclairante de luminance sensiblement uniforme selon une répartition angulaire ad hoc, et, principalement selon des angles compris entre 0 et 30° par rapport à la perpendiculaire à cette surface éclairante lorsqu1elle est plane et horizontale.

7· Système et/ou dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif diffuseur est constitué principalement d’éléments déflecteurs, réflecteurs et/ou réfracteurs. S. Système et/ou dispositif selon la revendication 3» caractérisé en ce que le dispositif diffuseur consiste en un réfracteur prismatique, destiné à capter ; * les rayons issus du dispositif répartiteur et l’atteignant I sous une incidence relativement rasante et à les réorienter selon une direction faisant principalement un angle i ; compris entre 0 et 30° par rapport à la perpendiculaire à sa surface éclairante de luminance sensiblement uniforme lorsqu’elle est plane et horizontale.

9- Système et/ou dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif répartiteur consiste en un couloir conducteur et concentrateur du flux lumineux, lequel couloir est délimité par des parois supérieures et latérales constituant ou portant lesdites / η surfaces de réflexions directes et/ou multiples, et à sa base par ledit dispositif diffuseur.

10. Système et/ou dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites surfaces de réflexion sont disposées de manière telle que les rayons lumineux ne subissent qu’une seule réflexion sur la/les surface(s) de réflexion de la/des paroi(s) supérieures et que les rayons lumineux frappant les surfaces de réflexion des parois latérales sont selon leur angle d’ incidence réfléchis vers l’/les autre(s) paroi(s) latérale (s), vers la paroi supérieure ou vers ledit dispositif diffuseur.

11. Système et/ou dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit couloir est formé d’une surface de réflexion supérieure unique et plane, et de 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. Système et/ou dispositif selon la revendication 9j caractérisé en ce que la base dudit couloir est formée par un dispositif diffuseur de lumière constitué selon l’une ou l’autre des revendications 6 à 8 et dont la surface éclairante est de luminance sensiblement uniforme. If. Système et/ou dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif concentrateur produit un eu plusieurs faisceau(x) lumineux ayant une ouverture angulaire inférieure à 5°, et de préférence inférieure à 2,5°.

14. Système et/ou dispositif selon la revendication 5» caractérisé en ce que le dispositif concentrateur est constitué par un nouveau type de réflecteur, formé de deux éléments paraboloïdes coupés par un plan passant per leurs foyers et placés dos à dos, leurs foyers étant communs, de manière à former deux faisceaux ayant une ouverture angulaire étroite à partir d’une source lumineuse

19. I f I placée sensiblement à l’endroit desdits foyers.

15. Système et/ou dispositif selon la revend!- f 1 cation 5, caractérisé en ce que le dispositif concentrateur est constitué d’éléments réflecteurs paraboloïdes et de ! lentilles convergentes dont le diamètre est égal au double | du paramètre p desdits éléments paraboloïdes et dont la | oc distance focale est égale au rapport p/tg ^ où a est l’angle d’ouverture desdits éléments paraboloïdes.

16. Système et/ou dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif concentrateur est constitué par des éléments réflecteurs cylindro- ; paraboliques, de paramètres variables, disposés concentri- | _ quement de façon à intercepter sensiblement tout le flux ~ lumineux émis par la source, et/ou par des prismes concentrateurs .

17. Système et/ou dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif concentrateur est constitué par 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 i 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 1* axe dudit réflecteur, constitué par le flux résiduel qui n’est pas intercepté par lesdites lentilles.

16. Système et/ou dispositif caractérise par la combinaison de deux ou plusieurs des revendications | précédentes. -

15. Système et/ou dispositif selon l’une ou | l’autre des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, outre le dispositif concentrateur j destiné à concentrer le flux lumineux de la source, le | dispositif répartiteur destiné à répartir de façon I j

20. I sensiblement uniforme le flux lumineux sur le dispositif diffuseur destiné à donner une orientation sensiblement multidirectionnelle au rayonnement issu de tout point de sa surface éclairante de luminance sensiblement uniforme, des éléments conducteurs destinés à conduire la lumière sur une certaine distance par réflexions multiples à 1’ intérieur desdits éléments, et/ou des éléments distributeurs destinés à modifier la direction des rayons lumineux.

20. Nouveau type de dispositif optique destiné à concentrer le flux d’une source lumineuse en plusieurs faisceaux ayant une ouverture angulaire étroite, caractérisé en ce qu’il consiste en deux éléments parabololdes coupés par un plan passant par leurs foyers et placés dos è dos, leurs foyers étant communs, de manière è former deux faisceaux d’ouverture angulaire étroite à partir d* une source lumineuse placée sensiblement à l’endroit desdits foyers.

21. Nouveau type de dispositif optique destiné à concentrer le flux d’une source lumineuse en plusieurs faisceaux ayant une ouverture angulaire étroite, caractérisé en ce qu’il consiste en 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 de manière à répartir le flux lumineux d’une source placée aux foyers desdites lentilles, en plusieurs faisceaux d’ouverture angulaire étroite, dirigés dans des sens 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. - 21 - i

22. Nouveau type de dispositif optique selon la revendication 20, caractérisé en ce qu’il comprend deux lentilles convergentes dont le diamètre est égal au double du paramètre (p) des éléments para-bololdes constituant ledit dispositif, et dont la distance focale est égale à p/tg ^ (a étant l’angle d'ouverture des éléments paraboloïdes), la source étant située au foyer desâites lentilles. | [ i'ï i ! 1 - 22 -