WO2012010796A1 - Lens and lighting module using such a lens - Google Patents

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WO2012010796A1
WO2012010796A1 PCT/FR2011/051732 FR2011051732W WO2012010796A1 WO 2012010796 A1 WO2012010796 A1 WO 2012010796A1 FR 2011051732 W FR2011051732 W FR 2011051732W WO 2012010796 A1 WO2012010796 A1 WO 2012010796A1
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WO
WIPO (PCT)
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lens
optical axis
angle
illuminated
area
Prior art date
Application number
PCT/FR2011/051732
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French (fr)
Inventor
Daniel Goraguer
Alexandre Taron
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Holophane
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Publication date
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
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    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
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    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • 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
    • F21W2131/103—Outdoor lighting of streets or roads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a lens, as well as to a lighting model using such a lens in order to illuminate in a substantially homogeneous manner a specific area to be illuminated.
  • a lighting module incorporating such a lens can in particular be used in public lighting, especially in candelabra lighting heads, as well as in the field of professional lighting, for example to illuminate the work areas.
  • the invention is however not limited to these two preferred fields of application, but can be applied to any field where a given area must be illuminated substantially homogeneously.
  • the present invention applies in a preferred, but not exclusive, manner to the lighting module using a light-emitting diode as a light source. It still applies more favorably to light-emitting diodes having a large active surface, that is to say of the order of 10 mm 2 or more.
  • the lighting generated by the lighting module (s) integrated into the lighting head mounted on the top of a mast shall be distributed substantially homogeneous over the entire surface to be illuminated.
  • a candelabra of 5 meters height illuminates a rectangular area of 20 m X 7 m.
  • the candelabrum When the candelabrum is located in the middle of the longest side, it must symmetrically illuminate two zones each of 10 m X 7 m. In each of these areas, the lighting must be distributed evenly.
  • the illumination at the foot of the candelabrum should not be significantly greater than at the diagonally opposite end of the area to be illuminated.
  • the illumination varies according to a law inverse to the square of the distance from the source to the illuminated zone.
  • candelabras are already known using a lighting head formed of a row or a network of diodes electroluminescent arranged appropriately to illuminate substantially uniformly the area to be illuminated.
  • the light-emitting diodes used are diodes of 1 watt having an active surface area of the order of 1 mm 2 . It is even already planned to associate a lens with each light emitting diode to deflect the light beams from the light emitting diodes. Since the light-emitting diodes used are very small and comparable to a point, it is possible to use a conventional aspherical lens or a collimator having an axis of revolution. These lenses are absolutely not suitable for large-sized light emitting diodes, having an active surface of the order of 10 mm 2 or more, for a power of 10 to 20 watts.
  • the object of the present invention is to design a lens which is particularly suitable for large-area active-surface light-emitting diodes.
  • the lens of the invention may however be used with other types of light sources.
  • the purpose of the lens of the invention is to distribute substantially or perfectly homogeneous light beams from a light source over the entire area to be illuminated.
  • the first line is constituted by the diagonal of the area to be illuminated.
  • the curve formed by the front surface of the lens makes it possible to distribute the light beams homogeneously, so that the parts of the zones furthest away from the lighting module are illuminated in the same way as those situated just below the module. lighting.
  • the mathematical modeling of this particular curvature led to a formulation using the arc-tangent function.
  • the value of the angle ⁇ a 'arctan (b'a + c') + d, along at least a second line perpendicular to the first line.
  • the mathematical rule valid for the first line is also valid for this second perpendicular line so as to evenly distribute the light beams on the area to be illuminated.
  • the front face defines a curve along the first line which has a point of inflection.
  • the rear face comprises at least one localized recess which extends over a minor part of the rear face.
  • the lens of the invention thus has a front face with a complex configuration that can be defined mathematically as a function of the angle a, that is to say the angle of the incident light beams with respect to the optical axis of source.
  • the rear face can also be profiled for the purpose of distributing the light beams inside the lens before passing through the front face.
  • the present invention also defines a lighting module incorporating a lens as defined above.
  • the area to be illuminated is substantially rectangular so as to define four corners, the module being positioned substantially at a corner of the area to be illuminated, at a certain height above the area to be illuminated. illuminate, defining thus a diagonal connecting the corner of the lighting module to the diagonally opposite corner, the optical axis O intersecting this diagonal at an optical point which is closer to the opposite corner than the corner of the module.
  • the optical point is 55% ⁇ 10% of the length of the diagonal from the corner of the module. This means that the optical axis can be between 45% and 65% of the length of the diagonal from the corner where the lighting module is located.
  • ⁇ a.arctan (ba + c) + d, on at least part of the diagonal.
  • ⁇ a'arctan (b'.a + c ') + d', on at least a part of at least a second line perpendicular to the diagonal.
  • the invention finds a preferred application when the lens comprises a peripheral ring which extends in a plane perpendicular to the optical axis O of the light source.
  • An interesting principle of the lighting module of the invention is to use a lens with a front face of particular shape to vary the density of the light beams on either side of the optical axis so as to obtain a distribution or distribution substantially homogeneous over the entire area to be illuminated.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an area to be illuminated by means of a lighting module according to the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic cross-sectional view through a lens according to the invention illuminated by a light source
  • FIGS. 3, 4 and 5 are views showing a lens made according to the invention.
  • FIG. 6 is a graph representing angle ⁇ as a function of angle ⁇
  • FIG. 7 is a schematic representation showing an area to be illuminated
  • FIG. 8 is a perspective view of a lens according to the invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view through the lens of FIG. 8,
  • FIG. 10 is a schematic representation intended to illustrate the trajectory of the light beams coming from the source and passing through the rear face of a lens according to the invention
  • FIGS. 11a and 11b are isolux graphs respectively corresponding to a lens of the prior art and to a lens according to the invention.
  • FIG. 1 To illustrate the invention, it has been applied to the technical field of public lighting, where candelabra are used to illuminate public spaces, such as a roadway for the circulation of motor vehicles.
  • candelabra comprise an A mast at the top of which is installed a lighting head comprising one or more lighting module M.
  • the height Z of the mast A is of the order of 5 m.
  • a candelabrum A intended to illuminate a roadway must cover on both sides of the candelabrum a zone C whose width Y is of the order of 7 m and the length X is of the order of 10 m .
  • each area to be illuminated C has a generally rectangular shape, which thus defines four corners 1, 2, 3 and 4. Referring to FIG. 1, it can be seen that the lighting module M is located at the corner 1, the corners 2 and 4 being adjacent to the corner 1 of the module M, while the corner 3 is disposed of diagonally opposite. It is thus possible to draw the diagonal D starting from the corner 1 and going to the corner 3. This diagonal D represents the greatest distance that the lighting module M must illuminate.
  • This lighting module comprises a light source S which emits incident light beams Fi towards a lens L which incorporates the spirit of the invention.
  • the light source S defines an optical axis O.
  • This lens L which is preferably made integrally of glass, comprises a rear face Lr and a front face Lf.
  • the outer periphery of the lens is formed by a peripheral ring ring shaped ring, circular, rectangular, polygonal, etc., which extends in a plane substantially perpendicular to the optical axis O of the light source.
  • the lens L is oriented relative to the source S so that the incident beams Fi reach the lens at its rear face Lr with an angle ⁇ relative to the optical axis O of the source S.
  • This rear face Lr can be perfectly flat, but can also be profiled according to the applications. We will see below some interesting features of the rear face Lr.
  • the incident beams Fi are refracted at the rear face Lr and pass through the solid body of the lens in the form of beams FI. Then, these beams FI cross again the front face Lf of the lens where they are refracted again to form refracted beams Fr which make an angle ⁇ with respect to the optical axis O of the source S.
  • the refracted beams Fr have a direction which is different from the incident beams Fi, as can be seen in Figure 2. These are so far quite conventional characteristics for a lighting module comprising a source and an optical lens.
  • the objective of the lens is to distribute or distribute in a substantially homogeneous manner the light beams Fr over the entire area to be illuminated C.
  • the lighting module M is located at a corner 1 of the area to be illuminated C, so that the distribution can not be neither isotropic nor linear, because the illumination varies according to a inverse law squared the distance from the source to the illuminated area. It is necessary for the lens to deflect the incident light beams in such a way that the refracted beams Fr originating from the lens L are distributed in a regular and homogeneous manner over the entire surface of the area to be illuminated C.
  • the lens L can not be of revolution, nor even symmetrical along any axis.
  • the lens L has been shown in section along the diagonal D shown in FIG. It can immediately be noted that the front face Lf defines a complex shape curve having an inflection point I.
  • the front face Lf of the lens has been designed starting from two angular parameters, namely a and ⁇ , and determining the relationship that binds them.
  • the light source S defines an optical axis O which is here horizontal.
  • This optical axis O is defined as being perpendicular to the plane defined by the active surface of the light source S. It will be seen hereafter what may be the nature of this light source to optimize the present invention.
  • the angle a is the angle made by the incident beams Fi originating from the source and oriented towards the rear face Lr of the lens L.
  • this is the angle made by the reflected beams Fr from of the front face Lf of the lens relative to the optical axis O of the light source.
  • Some beams are shown in Figure 2, as well as their respective angles a and ⁇ .
  • Figure 2 there is also shown the optical axis Ol of the lens which passes through the front face Lf of the lens at a point of inflection I formed by the front face Lf.
  • FIG. 3 A schematic three-dimensional representation of the front face of the lens shown in FIG. 3. It may be noted that the topographic configuration of the front face Lf is so complex that it is not possible to define it with the help of terms.
  • the grid that is visible on the front is totally fictitious, and is there only to better visualize the complex curvature of the front face.
  • the substantially central and vertical curve represents the curvature shown in FIGS. 2 and 4. As for the substantially horizontal and central curvature, it corresponds to the curvature shown in FIG.
  • the optical axis O of the light source S is oriented such as to cut the diagonal D at an optical point C0.
  • the optical point Co has been positioned at 55% of the length of the diagonal D from the corner 1 where the module is located. M lighting With such positioning, it ensures that there is a homogeneous light distribution on both sides of the optical axis O.
  • it is possible to move the optical point Co slightly along the diagonal D, and even out of the diagonal, if necessary.
  • the optical point Co is positioned at 55% plus or minus 10% of the length of the diagonal D from the corner where the lighting module M is located.
  • the refracted beams Fr situated above the optical axis O are those that will illuminate the part of the area C located between the optical point Co and the corner 3, while the refracted beams Fr located below the optical axis O will illuminate the part of the area located between the corner 1 and the optical center Co.
  • the refracted beams Fr are more concentrated in the part which is situated above the optical axis O, and are more dispersed in the part situated below the optical axis This can easily be understood since more light is needed to properly illuminate the portion of the area C between the optical point Co and 3 than that between the corner 1 and the optical point C.
  • the perpendicular line Po perpendicularly crosses the diagonal D at the optical point C.
  • the perpendicular line P1 it is situated between the line Po and the corner 3 whereas the line P2 is located between the optical point CO and the corner 1.
  • any light source may be used, but preferably a light source comprising a light-emitting diode is used. Even more preferentially, a large-size light-emitting diode is used, that is to say having an active surface greater than or equal to about 10 mm 2 , and providing a power of the order of 10 to 20 watts. With only one of these light-emitting diodes, and thanks to the lens of the present invention, it is possible to illuminate a zone C 7 m wide and 10 m long. If more powerful lighting is desired, it is sufficient to install two lighting modules according to the invention for the same area to be illuminated.
  • Such a lighting module M using the lens L of the invention is particularly suitable for public lighting, but can also be used for lighting other specific areas, such as a work area, and more generally any zone or surface determined in a substantially or perfectly homogeneous manner.
  • the lens L also comprises a rear face Lr which can be perfectly flat, or suitably profiled according to the use cases. However, it is within the scope of the invention to optimize the surface of the rear face to increase the homogeneous distribution of light beams inside the lens.
  • light sources are always considered to be one-dimensional point sources. In reality, the light sources all define a two-dimensional active surface, so that the images of this source through the lens is projected onto a certain area to illuminate C are slightly shifted and are superimposed in certain places, where the intensity is maximum . This is shown schematically in FIG. 7 in the context of a source having a substantially rectangular active surface.
  • an insulated representation shows the peak of illumination at the central zone of the zone C.
  • Such a central peak illumination phenomenon is particularly present when a light source comprising a light emitting diode is used. having a considerable active surface, for example of the order of 10 mm 2 .
  • each recess defines a peripheral edge Lb of oval, oblong or elliptical shape.
  • the surface of the recess Lo is perfectly smooth and without discontinuity.
  • the depth of the recess can be of the order of 0.5 to 2 mm. It may be noted that each recess occupies only a small portion of the total area of the rear face Lr. It can be estimated that each recess occupies between 2 and 15% of the total surface of the rear face of the lens.
  • the beams FI inside the lens are deflected with value ⁇ , as can be seen in FIG. 10.
  • the incident beams Fi which reach the level of the recess Lo are refracted with a value ⁇ , thereby distributing the light beams substantially homogeneously within the lens.
  • Figure 1 1b apart from a few isolated areas, the illumination is substantially homogeneous over the entire area to be illuminated.
  • rear face of the lens can be implemented advantageously and synergistically with the characteristics of the front face described above.
  • the rear face of the invention can also be implemented with other forms of front face without departing from the scope of the invention. Indeed, such recesses at the rear face of the lens can be implemented whenever a homogeneous distribution of light beams is desired inside the lens.
  • the recess (s) Lo may be located on or near the optical axis of the light source O, as shown in FIG. 10.
  • the profiled front face it is possible to provide two Lo recesses as shown in Figure 1 arranged somewhat eccentrically with respect to the optical axis of the light source S.
  • the lens L has a size in relation to the light source: the diameter or the length of the lens is of the order of 3 to 8 cm. Therefore, it is preferable to make the lens of glass, rather than plastic, because of the material withdrawal phenomena well known in the plastic molding, and which do not exist or little with the lenses in question. glass.
  • the glass has a very good light transmission and a strong constringence limiting chromatic problems.

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Abstract

A lens (L) intended to be associated with a light source (S) to produce a lighting module allowing substantially homogeneous lighting of a determined area to be lit, said lens defining a rear face (Lr), intended to be oriented towards the light source (S), and a front face (Lf), intended to be oriented towards the area to be lit, said light source (S) defining an optical axis (O) and emitting incident beams of light (Fi) reaching the rear face (Lr) at an angle α relative to the optical axis (O) and refracted beams of light (Fr) leaving the front face (Lf) at an angle β relative to the optical axis (O), characterized in that the value of the angle β corresponds, for at least some incident beams of light (Fi) at an angle α, to an arc tangent function of type β = a.arctan (b.α + c)+d, the length of at least one first line passing through the zone to be lit and containing the optical axis (O).

Description

Lentille et module d'éclairage  Lens and light module
utilisant une telle lentille  using such a lens
La présente invention concerne une lentille, ainsi qu'un modèle d'éclairage utilisant une telle lentille dans le but d'éclairer de manière sensiblement homogène une zone déterminée à éclairer. Un module d'éclairage incorporant une telle lentille peut notamment être utilisé dans l'éclairage public, plus particulièrement dans les têtes d'éclairage de candélabres, ainsi que dans le domaine de l'éclairage professionnel, par exemple pour éclairer les zones de travail. L'invention ne se limite cependant pas à ces deux domaines d'application privilégiés, mais peut s'appliquer à n'importe quel domaine où une zone déterminée doit être éclairée de manière sensiblement homogène.  The present invention relates to a lens, as well as to a lighting model using such a lens in order to illuminate in a substantially homogeneous manner a specific area to be illuminated. A lighting module incorporating such a lens can in particular be used in public lighting, especially in candelabra lighting heads, as well as in the field of professional lighting, for example to illuminate the work areas. The invention is however not limited to these two preferred fields of application, but can be applied to any field where a given area must be illuminated substantially homogeneously.
La présente invention s'applique de manière privilégiée, mais non exclusive, au module d'éclairage utilisant une diode électroluminescente en tant que source lumineuse. Elle s'applique encore de manière plus privilégiée aux diodes électroluminescentes présentant une surface active de grande taille, c'est-à-dire de l'ordre de 10 mm2 ou plus. The present invention applies in a preferred, but not exclusive, manner to the lighting module using a light-emitting diode as a light source. It still applies more favorably to light-emitting diodes having a large active surface, that is to say of the order of 10 mm 2 or more.
Dans le domaine de l'éclairage public au moyen de candélabres, l'éclairage généré par le ou les module(s) d'éclairage intégré(s) dans la tête d'éclairage montée au sommet d'un mât doit être réparti de manière sensiblement homogène sur la totalité de la surface à éclairer. De manière conventionnelle, il est prévu qu'un candélabre de 5 mètres de hauteur éclaire une zone rectangulaire de 20 m X 7 m. Lorsque le candélabre est situé au milieu du côté le plus long, il doit éclairer de manière symétrique deux zones faisant chacune 10 m X 7 m. Dans chacune de ces zones, l'éclairage doit être réparti de manière homogène. En d'autres termes, l'éclairement au pied du candélabre ne doit pas être significativement plus grande qu'à l'extrémité diagonalement opposée de la zone à éclairer. De plus, l'éclairement varie selon une loi inverse au carré de la distance de la source à la zone éclairée.  In the field of public lighting by means of candelabras, the lighting generated by the lighting module (s) integrated into the lighting head mounted on the top of a mast shall be distributed substantially homogeneous over the entire surface to be illuminated. Conventionally, it is expected that a candelabra of 5 meters height illuminates a rectangular area of 20 m X 7 m. When the candelabrum is located in the middle of the longest side, it must symmetrically illuminate two zones each of 10 m X 7 m. In each of these areas, the lighting must be distributed evenly. In other words, the illumination at the foot of the candelabrum should not be significantly greater than at the diagonally opposite end of the area to be illuminated. Moreover, the illumination varies according to a law inverse to the square of the distance from the source to the illuminated zone.
Dans l'art antérieur, on connaît déjà des candélabres utilisant une tête d'éclairage formée d'une rangée ou d'un réseau de diodes électroluminescentes disposé(e) de manière appropriée pour éclairer de manière sensiblement homogène la zone à éclairer. En général, les diodes électroluminescentes utilisées sont des diodes de 1 watt présentant une surface active de l'ordre de 1 mm2. Il est même déjà prévu d'associer une lentille à chaque diode électroluminescente pour dévier les faisceaux lumineux issus des diodes électroluminescentes. Etant donné que les diodes électroluminescentes utilisées sont très petites et assimilables à un point, on peut utiliser une lentille asphérique classique ou un collimateur présentant un axe de révolution. Ces lentilles ne sont absolument pas adaptées à des diodes électroluminescentes de grande taille, présentant une surface active de l'ordre de 10 mm2 ou plus, pour une puissance de 10 à 20 watts. In the prior art, candelabras are already known using a lighting head formed of a row or a network of diodes electroluminescent arranged appropriately to illuminate substantially uniformly the area to be illuminated. In general, the light-emitting diodes used are diodes of 1 watt having an active surface area of the order of 1 mm 2 . It is even already planned to associate a lens with each light emitting diode to deflect the light beams from the light emitting diodes. Since the light-emitting diodes used are very small and comparable to a point, it is possible to use a conventional aspherical lens or a collimator having an axis of revolution. These lenses are absolutely not suitable for large-sized light emitting diodes, having an active surface of the order of 10 mm 2 or more, for a power of 10 to 20 watts.
La présente invention a pour but de concevoir une lentille particulièrement bien adaptée aux diodes électroluminescentes de surface active de grande taille. La lentille de l'invention pourra toutefois être utilisée avec d'autres types de sources lumineuses. Le but de la lentille de l'invention est de distribuer de manière sensiblement ou parfaitement homogène les faisceaux lumineux issus d'une source lumineuse sur l'ensemble de la zone à éclairer.  The object of the present invention is to design a lens which is particularly suitable for large-area active-surface light-emitting diodes. The lens of the invention may however be used with other types of light sources. The purpose of the lens of the invention is to distribute substantially or perfectly homogeneous light beams from a light source over the entire area to be illuminated.
Pour ce faire, la présente invention propose une lentille destinée à être associée à une source lumineuse pour constituer un module d'éclairage permettant d'éclairer de manière sensiblement homogène une zone déterminée à éclairer, la lentille comprenant un corps massif, avantageusement en verre, définissant une face arrière destinée à être orientée vers la source lumineuse et une face avant destinée à être orientée vers la zone à éclairer, la source lumineuse définissant un axe optique O et émettant des faisceaux incidents lumineux parvenant sur la face arrière avec un angle a par rapport à l'axe optique O et des faisceaux lumineux réfractés quittant la face avant avec un angle β par rapport à l'axe optique O, caractérisée en ce que la valeur de l'angle β répond, pour chaque ou au moins certains faisceau(x) lumineux incident(s) d'angle a, à une fonction arc- tangente du type β = a.arctan (b.a + c) + d, le long d'au moins une première ligne traversant la zone à éclairer et contenant l'axe optique O. Dans le cas d'une zone à éclairer de forme rectangulaire avec le module d'éclairage placé en hauteur à un coin de la zone à éclairer, la première ligne est constituée par la diagonale de la zone à éclairer. La courbe formée par la surface avant de la lentille permet de répartir les faisceaux lumineux de manière homogène, afin que les parties de zones situées le plus en éloignement du module d'éclairage soient éclairées de la même manière que celles situées juste en dessous du module d'éclairage. La modélisation mathématique de cette courbure particulière a conduit à une formulation utilisant la fonction arc-tangente. To this end, the present invention proposes a lens intended to be associated with a light source to constitute a lighting module making it possible to illuminate in a substantially homogeneous manner a zone to be illuminated, the lens comprising a solid body, advantageously made of glass, defining a rear face intended to be oriented towards the light source and a front face intended to be oriented towards the area to be illuminated, the light source defining an optical axis O and emitting incident light beams arriving on the rear face with an angle α by relative to the optical axis O and refracted light beams leaving the front face with an angle β with respect to the optical axis O, characterized in that the value of the angle β responds, for each or at least some beam ( x) luminous incident (s) of angle a, to an arcangent function of the type β = a.arctan (ba + c) + d, along at least a first line through the area to be illuminated and containing the optical axis O. In the case a rectangular lighting area with the lighting module placed at a height at a corner of the area to be illuminated, the first line is constituted by the diagonal of the area to be illuminated. The curve formed by the front surface of the lens makes it possible to distribute the light beams homogeneously, so that the parts of the zones furthest away from the lighting module are illuminated in the same way as those situated just below the module. lighting. The mathematical modeling of this particular curvature led to a formulation using the arc-tangent function.
Avantageusement, la valeur de l'angle β = a' arctan (b'a + c') + d, le long d'au moins une seconde ligne perpendiculaire à la première ligne. La règle mathématique valable pour la première ligne est également valable pour cette seconde ligne perpendiculaire de manière à répartir également de manière homogène les faisceaux lumineux sur la zone à éclairer.  Advantageously, the value of the angle β = a 'arctan (b'a + c') + d, along at least a second line perpendicular to the first line. The mathematical rule valid for the first line is also valid for this second perpendicular line so as to evenly distribute the light beams on the area to be illuminated.
Selon un autre aspect de l'invention, la face avant définit une courbe le long de la première ligne qui présente un point d'inflexion .  According to another aspect of the invention, the front face defines a curve along the first line which has a point of inflection.
Selon une autre caractéristique qui peut être mise en œuvre indépendamment des caractéristiques de la face avant, la face arrière comprend au moins un évidement localisé qui s'étend sur une partie mineure de la face arrière.  According to another characteristic which can be implemented independently of the characteristics of the front face, the rear face comprises at least one localized recess which extends over a minor part of the rear face.
La lentille de l'invention présente ainsi une face avant avec une configuration complexe qui peut être définie mathématiquement en fonction de l'angle a, c'est-à-dire l'angle des faisceaux lumineux incidents par rapport à l'axe optique de la source. La face arrière peut également être profilée dans le but de répartir les faisceaux lumineux à l'intérieur de la lentille avant le passage à travers la face avant.  The lens of the invention thus has a front face with a complex configuration that can be defined mathematically as a function of the angle a, that is to say the angle of the incident light beams with respect to the optical axis of source. The rear face can also be profiled for the purpose of distributing the light beams inside the lens before passing through the front face.
La présente invention définit également un module d'éclairage incorporant une lentille telle que définie ci-dessus.  The present invention also defines a lighting module incorporating a lens as defined above.
Selon une forme de réalisation particulière avantageuse, le zone à éclairer est sensiblement rectangulaire de manière à définir quatre coins, le module étant positionné sensiblement au niveau d'un coin de la zone à éclairer, à une certaine hauteur au-dessus de la zone à éclairer, définissant ainsi une diagonale reliant le coin du module d'éclairage au coin diagonalement opposé, l'axe optique O coupant cette diagonale en un point optique qui est plus proche du coin opposé que du coin du module. De préférence, le point optique est situé à 55% ± 10% de la longueur de la diagonale à partir du coin du module. Cela signifie que l'axe optique peut être situé entre 45% et 65% de la longueur de la diagonale à partir du coin où est situé le module d'éclairage. Dans ce cas, β = a.arctan (b.a + c) + d, sur au moins une partie de la diagonale. D'autre part, β = a'.arctan (b'.a +c') + d', sur au moins une partie d'au moins une seconde ligne perpendiculaire à la diagonale. According to a particular advantageous embodiment, the area to be illuminated is substantially rectangular so as to define four corners, the module being positioned substantially at a corner of the area to be illuminated, at a certain height above the area to be illuminated. illuminate, defining thus a diagonal connecting the corner of the lighting module to the diagonally opposite corner, the optical axis O intersecting this diagonal at an optical point which is closer to the opposite corner than the corner of the module. Preferably, the optical point is 55% ± 10% of the length of the diagonal from the corner of the module. This means that the optical axis can be between 45% and 65% of the length of the diagonal from the corner where the lighting module is located. In this case, β = a.arctan (ba + c) + d, on at least part of the diagonal. On the other hand, β = a'arctan (b'.a + c ') + d', on at least a part of at least a second line perpendicular to the diagonal.
Comme mentionné précédemment, l'invention trouve une application privilégiée lorsque la lentille comprend une couronne périphérique qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe optique O de la source lumineuse.  As mentioned above, the invention finds a preferred application when the lens comprises a peripheral ring which extends in a plane perpendicular to the optical axis O of the light source.
Un principe intéressant du module d'éclairage de l'invention est d'utiliser une lentille avec une face avant de forme particulière permettant de faire varier la densité des faisceaux lumineux de part et d'autre de l'axe optique de manière à obtenir une répartition ou distribution sensiblement homogène sur la totalité de la zone à éclairer.  An interesting principle of the lighting module of the invention is to use a lens with a front face of particular shape to vary the density of the light beams on either side of the optical axis so as to obtain a distribution or distribution substantially homogeneous over the entire area to be illuminated.
L'invention sera maintenant plus amplement décrite en référence aux dessins joints donnant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention.  The invention will now be more fully described with reference to the accompanying drawings giving by way of non-limiting example an embodiment of the invention.
Sur les figures :  In the figures:
La figure 1 est une vue schématique montrant une zone à éclairer à l'aide d'un module d'éclairage selon l'invention,  FIG. 1 is a schematic view showing an area to be illuminated by means of a lighting module according to the invention,
La figure 2 est une vue schématique en coupe transversale à travers une lentille selon l'invention éclairée par une source lumineuse,  FIG. 2 is a diagrammatic cross-sectional view through a lens according to the invention illuminated by a light source,
Les figures 3, 4 et 5 sont des vues représentant une lentille réalisée selon l'invention,  FIGS. 3, 4 and 5 are views showing a lens made according to the invention,
La figure 6 est un graphe représentant l'angle β en fonction de l'angle a, La figure 7 est une représentation schématique représentant une zone à éclairer, FIG. 6 is a graph representing angle β as a function of angle α, FIG. 7 is a schematic representation showing an area to be illuminated,
La figure 8 est une vue en perspective d'une lentille selon l'invention, La figure 9 est une vue en coupe transversale à travers la lentille de la figure 8,  FIG. 8 is a perspective view of a lens according to the invention; FIG. 9 is a cross-sectional view through the lens of FIG. 8,
La figure 10 est une représentation schématique visant à illustrer la trajectoire des faisceaux lumineux issus de la source et traversant la face arrière d'une lentille selon l'invention,  FIG. 10 is a schematic representation intended to illustrate the trajectory of the light beams coming from the source and passing through the rear face of a lens according to the invention,
Les figures 1 1 a et 1 1 b sont des graphes isolux correspondant respectivement à une lentille de l'art antérieur et à une lentille selon l'invention, et  FIGS. 11a and 11b are isolux graphs respectively corresponding to a lens of the prior art and to a lens according to the invention, and
La figure 12 est un graphe β = f(a) pour une lentille classique et pour une lentille selon l'invention.  FIG. 12 is a graph β = f (a) for a conventional lens and for a lens according to the invention.
Il sera tout d'abord fait référence à la figure 1 pour décrire en détail le contexte dans lequel la lentille et le module d'éclairage de l'invention peuvent être mis en œuvre. Pour illustrer l'invention, elle a été appliquée au domaine technique de l'éclairage public, où l'on utilise des candélabres pour illuminer des espaces publics, comme par exemple une chaussée pour la circulation des véhicules automobiles. En général, de tels candélabres comprennent un mât A au sommet duquel est installée une tête d'éclairage comprenant un ou plusieurs module(s) d'éclairage M. Conventionnellement, la hauteur Z du mât A est de l'ordre de 5 m. Toujours de manière conventionnelle, un candélabre A destiné à éclairer une chaussée doit couvrir de part et d'autre du candélabre une zone C dont la largeur Y est de l'ordre de 7 m et la longueur X est de l'ordre de 10 m. Au total, le candélabre doit donc couvrir une zone totale 2XC faisant 7 m X 20 m. Pour des raisons de simplicité, nous allons considérer dans la suite de la description uniquement une zone C destinée à être éclairée par un ou plusieurs module(s) d'éclairage M selon l'invention. Chaque zone à éclairer C présente une forme généralement rectangulaire, qui définit ainsi quatre coins 1 , 2, 3 et 4. En se référant à la figure 1 , on peut voir que le module d'éclairage M est situé au niveau du coin 1 , les coins 2 et 4 étant adjacents au coin 1 du module M, alors que le coin 3 est disposé de manière diagonalement opposée. On peut ainsi tracer la diagonale D partant du coin 1 et allant au coin 3. Cette diagonale D représente la distance la plus grande que le module d'éclairage M doit illuminer. Reference will first be made to FIG. 1 to describe in detail the context in which the lens and the lighting module of the invention may be implemented. To illustrate the invention, it has been applied to the technical field of public lighting, where candelabra are used to illuminate public spaces, such as a roadway for the circulation of motor vehicles. In general, such candelabra comprise an A mast at the top of which is installed a lighting head comprising one or more lighting module M. Conventionally, the height Z of the mast A is of the order of 5 m. Always in a conventional manner, a candelabrum A intended to illuminate a roadway must cover on both sides of the candelabrum a zone C whose width Y is of the order of 7 m and the length X is of the order of 10 m . In total, the candelabrum must therefore cover a total 2XC area of 7 m X 20 m. For the sake of simplicity, we will consider in the following description only a C area to be illuminated by one or more lighting module (s) M according to the invention. Each area to be illuminated C has a generally rectangular shape, which thus defines four corners 1, 2, 3 and 4. Referring to FIG. 1, it can be seen that the lighting module M is located at the corner 1, the corners 2 and 4 being adjacent to the corner 1 of the module M, while the corner 3 is disposed of diagonally opposite. It is thus possible to draw the diagonal D starting from the corner 1 and going to the corner 3. This diagonal D represents the greatest distance that the lighting module M must illuminate.
En se référant à la figure 2, on peut voir de manière schématique un module d'éclairage M réalisé selon l'invention. Ce module d'éclairage comprend une source lumineuse S qui émet des faisceaux lumineux incidents Fi en direction d'une lentille L qui intègre l'esprit de l'invention. La source lumineuse S définit un axe optique O. Cette lentille L, qui est de préférence réalisée de manière monobloc en verre, comprend une face arrière Lr et une face avant Lf. La périphérie externe de la lentille est formée par une couronne périphérique Le de forme annulaire, circulaire, rectangulaire, polygonale, etc, qui s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe optique O de la source lumineuse. La lentille L est orientée par rapport à la source S de sorte que les faisceaux incidents Fi parviennent sur la lentille au niveau de sa face arrière Lr avec un angle a par rapport à l'axe optique O de la source S. Cette face arrière Lr peut être parfaitement plane, mais peut également être profilée en fonction des applications. On verra ci-après certaines caractéristiques intéressantes de la face arrière Lr. Les faisceaux incidents Fi sont réfractés au niveau de la face arrière Lr et traversent le corps massif de la lentille sous la forme de faisceaux FI. Ensuite, ces faisceaux FI traversent à nouveau la face avant Lf de la lentille où ils sont à nouveau réfractés pour former des faisceaux réfractés Fr qui font un angle β par rapport à l'axe optique O de la source S. Les faisceaux réfractés Fr ont une direction qui est différente des faisceaux incidents Fi, comme on peut le voir sur la figure 2. Il s'agit jusque là de caractéristiques tout à fait classiques pour un module d'éclairage comprenant une source et une lentille optique.  Referring to Figure 2, it is possible to see schematically a lighting module M made according to the invention. This lighting module comprises a light source S which emits incident light beams Fi towards a lens L which incorporates the spirit of the invention. The light source S defines an optical axis O. This lens L, which is preferably made integrally of glass, comprises a rear face Lr and a front face Lf. The outer periphery of the lens is formed by a peripheral ring ring shaped ring, circular, rectangular, polygonal, etc., which extends in a plane substantially perpendicular to the optical axis O of the light source. The lens L is oriented relative to the source S so that the incident beams Fi reach the lens at its rear face Lr with an angle α relative to the optical axis O of the source S. This rear face Lr can be perfectly flat, but can also be profiled according to the applications. We will see below some interesting features of the rear face Lr. The incident beams Fi are refracted at the rear face Lr and pass through the solid body of the lens in the form of beams FI. Then, these beams FI cross again the front face Lf of the lens where they are refracted again to form refracted beams Fr which make an angle β with respect to the optical axis O of the source S. The refracted beams Fr have a direction which is different from the incident beams Fi, as can be seen in Figure 2. These are so far quite conventional characteristics for a lighting module comprising a source and an optical lens.
Cependant, dans le cadre de la présente invention, la lentille a pour but de répartir ou distribuer de manière sensiblement homogène les faisceaux lumineux Fr sur l'ensemble de la zone à éclairer C. Or, comme on l'a vu sur la figure 1 , le module d'éclairage M est situé au niveau d'un coin 1 de la zone à éclairer C, de sorte que la répartition ne peut être ni isotrope, ni linéaire, car l'éclairement varie selon une loi inverse au carré de la distance de la source à la zone éclairée. Il faut que la lentille dévie les faisceaux lumineux incidents de telle manière à ce que les faisceaux réfractés Fr issus de la lentille L soient distribués de manière régulière et homogène sur l'intégralité de la surface de la zone à éclairer C. On comprend aisément, à la vue de la figure 1 , que la lentille L ne peut pas être de révolution, ni même symétrique selon un axe quelconque. Sur la figure 2, la lentille L a été représentée en coupe le long de la diagonale D représentée sur la figure 1 . On peut tout de suite remarquer que la face avant Lf définit une courbe de forme complexe présentant un point d'inflexion I. However, in the context of the present invention, the objective of the lens is to distribute or distribute in a substantially homogeneous manner the light beams Fr over the entire area to be illuminated C. However, as seen in FIG. , the lighting module M is located at a corner 1 of the area to be illuminated C, so that the distribution can not be neither isotropic nor linear, because the illumination varies according to a inverse law squared the distance from the source to the illuminated area. It is necessary for the lens to deflect the incident light beams in such a way that the refracted beams Fr originating from the lens L are distributed in a regular and homogeneous manner over the entire surface of the area to be illuminated C. It is easy to understand, in view of Figure 1, that the lens L can not be of revolution, nor even symmetrical along any axis. In FIG. 2, the lens L has been shown in section along the diagonal D shown in FIG. It can immediately be noted that the front face Lf defines a complex shape curve having an inflection point I.
Ainsi, selon l'invention, la face avant Lf de la lentille a été conçue en partant de deux paramètres angulaires, à savoir a et β, et en déterminant la relation qui les lie. En se référant à nouveau à la figure 2, on peut voir que la source lumineuse S définit un axe optique O qui est ici horizontal. Cet axe optique O est défini comme étant perpendiculaire au plan défini par la surface active de la source lumineuse S. On verra ci-après quelle peut être la nature de cette source lumineuse pour optimiser la présente invention. L'angle a est l'angle que font les faisceaux incidents Fi issus de la source et orientés vers la face arrière Lr de la lentille L. Quant à l'angle β, c'est l'angle que font les faisceaux réfléchis Fr issus de la face avant Lf de la lentille par rapport à l'axe optique O de la source lumineuse. Certains faisceaux sont représentés sur la figure 2, ainsi que leurs angles a et β respectifs. Sur la figure 2, il a également été représenté l'axe optique Ol de la lentille qui traverse la face avant Lf de la lentille au niveau d'un point d'inflexion I formé par la face avant Lf.  Thus, according to the invention, the front face Lf of the lens has been designed starting from two angular parameters, namely a and β, and determining the relationship that binds them. Referring again to Figure 2, it can be seen that the light source S defines an optical axis O which is here horizontal. This optical axis O is defined as being perpendicular to the plane defined by the active surface of the light source S. It will be seen hereafter what may be the nature of this light source to optimize the present invention. The angle a is the angle made by the incident beams Fi originating from the source and oriented towards the rear face Lr of the lens L. As for the angle β, this is the angle made by the reflected beams Fr from of the front face Lf of the lens relative to the optical axis O of the light source. Some beams are shown in Figure 2, as well as their respective angles a and β. In Figure 2, there is also shown the optical axis Ol of the lens which passes through the front face Lf of the lens at a point of inflection I formed by the front face Lf.
Après de nombreuses tentatives et calculs de modélisation, les inventeurs sont parvenus à modéliser de manière mathématique la relation qui lie les angles a et β. Il en est ressorti que la valeur de l'angle a répond à une fonction mathématique arc-tangente du type β = a.arctan (β.α + c)+d, avec a, b, c et d étant des constantes liées à l'endroit où est réalisée la coupe de la lentille. Cette relation mathématique est valable le long de la diagonale D, mais est également valable totalement ou en partie le long d'autres lignes, comme par exemple les lignes PO, P1 et P2 qui s'étendent de manière perpendiculaire à la diagonale D, comme on peut le voir sur la figure 1 . Par exemple, la courbure de la face avant Lf de la lentille le long de la ligne PO est représentée sur la figure 5. La courbure de la face avant de la lentille est moins prononcée que celle au niveau de la diagonale D, et peut être construite à partir d'une courbe répondant à la relation β = a'.arctan (d'.a + c') + d' ou de plusieurs courbes (répondant à cette relation) raboutées de manière continue l'une à l'autre. Ceci est également valable pour la courbure de la face avant de la lentille le long des lignes perpendiculaires P1 et P2. After numerous attempts and modeling calculations, the inventors have managed to model mathematically the relation which links the angles a and β. It has emerged that the value of the angle α corresponds to an arc-tangent mathematical function of the type β = a.arctan (β.α + c) + d, with a, b, c and d being constants related to where the cut of the lens is made. This mathematical relation is valid along the diagonal D, but is also valid totally or partially along other lines, such as the lines PO, P1 and P2 which extend perpendicular to the diagonal D, as can be seen in Figure 1. For example, the curvature of the front face Lf of the lens along the line PO is shown in FIG. 5. The curvature of the front face of the lens is less pronounced than that at the diagonal D, and can be constructed from a curve corresponding to the relation β = a'.arctan (of .a + c ') + of one or more curves (responding to this relation) continuously conjugated to each other . This is also true for the curvature of the front face of the lens along the perpendicular lines P1 and P2.
Une représentation schématique en trois dimensions de la face avant de la lentille représentée sur la figure 3. On peut remarquer que la configuration topographique de la face avant Lf est tellement complexe qu'il n'est pas possible de la définir à l'aide de termes. Le quadrillage qui est visible sur la face avant est totalement fictif, et n'est là que pour mieux visualiser la courbure complexe de la face avant. La courbe sensiblement centrale et verticale représente la courbure représentée sur les figures 2 et 4. Quant à la courbure sensiblement horizontale et centrale, elle correspond à la courbure représentée sur la figure 5.  A schematic three-dimensional representation of the front face of the lens shown in FIG. 3. It may be noted that the topographic configuration of the front face Lf is so complex that it is not possible to define it with the help of terms. The grid that is visible on the front is totally fictitious, and is there only to better visualize the complex curvature of the front face. The substantially central and vertical curve represents the curvature shown in FIGS. 2 and 4. As for the substantially horizontal and central curvature, it corresponds to the curvature shown in FIG.
En se référant à nouveau à la figure 1 , on peut remarquer que l'axe optique O de la source lumineuse S est orienté de telle manière à couper la diagonale D en un point optique C0. Pour obtenir une répartition homogène et régulière des faisceaux lumineux sur l'ensemble de la zone à éclairer C, le point optique Co a été positionné à 55% de la longueur de la diagonale D à partir du coin 1 où est situé le module d'éclairage M. Avec un tel positionnement, on garantit qu'il y a une répartition lumineuse homogène de part et d'autre de l'axe optique O. Bien entendu, selon le cas d'utilisation et d'application, il est possible de déplacer quelque peu le point optique Co le long de la diagonale D, et même hors de la diagonale, si cela est nécessaire. Mais en règle générale, on peut dire que le point optique Co est positionné à 55% plus ou moins 10% de la longueur de la diagonale D à partir du coin où est implanté le module d'éclairage M. En se référant à nouveau à la figure 2, on peut alors remarquer que les faisceaux réfractés Fr situés au-dessus de l'axe optique O sont ceux qui vont éclairer la partie de la zone C située entre le point optique Co et le coin 3, alors que les faisceaux réfractés Fr situés en- dessous de l'axe optique O vont éclairer la partie de la zone située entre le coin 1 et le centre optique Co. Les faisceaux réfractés Fr sont plus concentrés dans la partie qui est située au-dessus de l'axe optique O, et sont plus dispersés dans la partie située en-dessous de l'axe optique O. Ceci peut aisément se comprendre, étant donné qu'il faut plus de lumière pour éclairer correctement la partie de la zone C située entre le point optique Co et 3 que celle située entre le coin 1 et le point optique Co. Referring again to Figure 1, it can be seen that the optical axis O of the light source S is oriented such as to cut the diagonal D at an optical point C0. In order to obtain a homogeneous and even distribution of the light beams over the whole of the area to be illuminated C, the optical point Co has been positioned at 55% of the length of the diagonal D from the corner 1 where the module is located. M lighting With such positioning, it ensures that there is a homogeneous light distribution on both sides of the optical axis O. Of course, depending on the case of use and application, it is possible to move the optical point Co slightly along the diagonal D, and even out of the diagonal, if necessary. But as a general rule, it can be said that the optical point Co is positioned at 55% plus or minus 10% of the length of the diagonal D from the corner where the lighting module M is located. Referring again to FIG. 2 then shows that the refracted beams Fr situated above the optical axis O are those that will illuminate the part of the area C located between the optical point Co and the corner 3, while the refracted beams Fr located below the optical axis O will illuminate the part of the area located between the corner 1 and the optical center Co. The refracted beams Fr are more concentrated in the part which is situated above the optical axis O, and are more dispersed in the part situated below the optical axis This can easily be understood since more light is needed to properly illuminate the portion of the area C between the optical point Co and 3 than that between the corner 1 and the optical point C.
On peut également remarquer sur la figure 1 que la ligne perpendiculaire Po coupe de manière perpendiculaire la diagonale D au niveau du point optique Co. Quant à la ligne perpendiculaire P1 , elle est située entre la ligne Po et le coin 3, alors que la ligne P2 est située entre le point optique CO et le coin 1 . Comme on l'a décrit précédemment, la courbure de la face avant FI de la lentille répond le long de la diagonale D, et des lignes perpendiculaires PO à P2 à la relation générale β = a.arctan (b a + c) + d, avec a, b, c et d variant en fonction de la ligne de coupe de la lentille. On peut ainsi construire une sorte d'ossature de courbure dans laquelle la courbure le long de la diagonale D constitue la colonne vertébrale avec les courbures le long des lignes PO à P2 constituant les vertèbres ou arêtes. A partir de cette ossature, il est possible de construire la totalité de la surface de la face avant FI, par exemple à l'aide d'un algorithme de construction de surface qui est généralement intégré dans les logiciels de conception assistés pas ordinateur. C'est ainsi que la face avant FI représentée sur la figure 3 a été construite, et cette face avant permet de répartir de la manière la plus homogène possible l'éclairement sur une zone à éclairer C tel que représenté sur la figure 1 .  It can also be seen in FIG. 1 that the perpendicular line Po perpendicularly crosses the diagonal D at the optical point C. As for the perpendicular line P1, it is situated between the line Po and the corner 3, whereas the line P2 is located between the optical point CO and the corner 1. As previously described, the curvature of the front face FI of the lens responds along the diagonal D, and perpendicular lines PO to P2 to the general relation β = a.arctan (ba + c) + d, with a, b, c and d varying depending on the cut line of the lens. It is thus possible to construct a kind of curvature framework in which the curvature along the diagonal D constitutes the vertebral column with the curvatures along the lines PO to P2 constituting the vertebrae or ridges. From this framework, it is possible to build the entire surface of the front face FI, for example using a surface construction algorithm that is generally integrated in computer-assisted design software. Thus, the front face FI shown in FIG. 3 has been constructed, and this front face makes it possible to distribute the illumination as evenly as possible over an area to be illuminated C as represented in FIG.
Dans le cadre de la présente invention, on peut utiliser n'importe quelle source lumineuse, mais de préférence, on utilise une source lumineuse comprenant une diode électroluminescente. Encore plus préférentiellement, on utilise une diode électroluminescente de grande taille, c'est-à-dire présentant une surface active supérieure ou égale à environ 10 mm2, et fournissant une puissance de l'ordre de 10 à 20 watts. Avec une seule de ces diodes électroluminescentes, et grâce à la lentille de la présente invention, il est possible d'éclairer une zone C de 7 m de largeur et de 10 m de longueur. Si l'on souhaite un éclairage plus puissant, il suffit d'installer deux modules d'éclairage selon l'invention pour la même zone à éclairer. In the context of the present invention, any light source may be used, but preferably a light source comprising a light-emitting diode is used. Even more preferentially, a large-size light-emitting diode is used, that is to say having an active surface greater than or equal to about 10 mm 2 , and providing a power of the order of 10 to 20 watts. With only one of these light-emitting diodes, and thanks to the lens of the present invention, it is possible to illuminate a zone C 7 m wide and 10 m long. If more powerful lighting is desired, it is sufficient to install two lighting modules according to the invention for the same area to be illuminated.
Un tel module d'éclairage M utilisant la lentille L de l'invention est particulièrement approprié pour l'éclairage public, mais peut également être utilisé pour l'éclairage d'autres zones déterminées, comme par exemple une zone de travail, et plus généralement toute zone ou surface déterminée de manière sensiblement ou parfaitement homogène.  Such a lighting module M using the lens L of the invention is particularly suitable for public lighting, but can also be used for lighting other specific areas, such as a work area, and more generally any zone or surface determined in a substantially or perfectly homogeneous manner.
La lentille L comprend également une face arrière Lr qui peut être parfaitement plane, ou encore profilée de manière appropriée selon les cas d'utilisation. Cependant, il est prévu dans le cadre de l'invention d'optimiser la surface de la face arrière afin d'augmenter la répartition homogène des faisceaux lumineux à l'intérieur de la lentille. En théorie, les sources lumineuses sont toujours considérées comme étant des sources ponctuelles monodimensionnelles. En réalité, les sources lumineuses définissent toutes une surface active bidimensionnelle, de sorte que les images de cette source à travers la lentille est projetée sur une zone déterminée à éclairer C sont légèrement décalées et se superposent en certains endroits, où l'intensité est maximale. Ceci est représenté de manière schématique sur la figure 7 dans le cadre d'une source ayant une surface active sensiblement rectangulaire. On peut alors voir que les différentes images Cs1 à Cs5 de la source lumineuse se chevauchent et se superposent avec un maximum d'intensité d'éclairement située dans la partie centrale de la zone à éclairer C. Ceci est le cas lorsque l'on utilise une lentille classique présentant une face arrière Lr parfaitement plane. Sur la figure 1 1 , une représentation isolux montre le pic d'éclairement au niveau de la zone centrale de la zone C. Un tel phénomène de pic central d'éclairement est particulièrement présent lorsque l'on utilise une source lumineuse comprenant une diode électroluminescente ayant une surface active considérable, par exemple de l'ordre de 10 mm2. Pour palier cet inconvénient lié à une mauvaise distribution angulaire du flux lumineux dans la lentille, il est prévu selon l'invention de former la face arrière Lr avec un ou plusieurs évidement(s) Lo, comme on peut le voir sur les figures 8 et 9. Les évidements peuvent venir en contact l'un de l'autre, comme représenté sur la figure 8. Chaque évidement définit un bord périphérique Lb de forme ovale, oblongue ou elliptique. La surface de l'évidement Lo est parfaitement lisse et sans discontinuité. La profondeur de l'évidement peut être de l'ordre de 0.5 à 2 mm. On peut remarquer que chaque évidement n'occupe qu'une partie infime de la surface totale de la face arrière Lr. On peut estimer que chaque évidement occupe entre 2 et 15% de la surface totale de la face arrière de la lentille. The lens L also comprises a rear face Lr which can be perfectly flat, or suitably profiled according to the use cases. However, it is within the scope of the invention to optimize the surface of the rear face to increase the homogeneous distribution of light beams inside the lens. In theory, light sources are always considered to be one-dimensional point sources. In reality, the light sources all define a two-dimensional active surface, so that the images of this source through the lens is projected onto a certain area to illuminate C are slightly shifted and are superimposed in certain places, where the intensity is maximum . This is shown schematically in FIG. 7 in the context of a source having a substantially rectangular active surface. It can then be seen that the different images Cs1 to Cs5 of the light source overlap and are superimposed with a maximum of illumination intensity located in the central part of the area to be illuminated C. This is the case when using a conventional lens having a rear face Lr perfectly flat. In FIG. 11, an insulated representation shows the peak of illumination at the central zone of the zone C. Such a central peak illumination phenomenon is particularly present when a light source comprising a light emitting diode is used. having a considerable active surface, for example of the order of 10 mm 2 . To stop this drawback related to a poor angular distribution of the light flux in the lens, it is provided according to the invention to form the rear face Lr with one or more recess (s) Lo, as can be seen in Figures 8 and 9. The recesses may come into contact with each other, as shown in FIG. 8. Each recess defines a peripheral edge Lb of oval, oblong or elliptical shape. The surface of the recess Lo is perfectly smooth and without discontinuity. The depth of the recess can be of the order of 0.5 to 2 mm. It may be noted that each recess occupies only a small portion of the total area of the rear face Lr. It can be estimated that each recess occupies between 2 and 15% of the total surface of the rear face of the lens.
Grâce à cette caractéristique particulière de la face arrière de la lentille, les faisceaux FI à l'intérieur de la lentille sont déviés de valeur Δη, comme on peut le voir sur la figure 10. Les faisceaux incidents Fi qui parviennent au niveau de l'évidement Lo sont réfractés d'une valeur Δη, permettant ainsi de répartir de manière sensiblement homogène les faisceaux lumineux à l'intérieur de la lentille. Le résultat est représenté sur la figure 1 1 b : hormis quelques zones isolées, l'éclairement est pratiquement homogène sur la totalité de la zone à éclairer. L'effet de l'évidement Lo (ou des évidements) est également visible à partir du graphe de la figure 12 qui représente deux courbes β = f(a), à savoir une courbe continue relative à une lentille classique à face arrière complètement lisse et une courbe modifiée partiellement relative à la lentille de l'invention avec ses deux évidements Lo. On peut voir que β est supérieur avec la lentille de l'invention pour des valeurs de a entre 0 et 40°.  Thanks to this particular characteristic of the rear face of the lens, the beams FI inside the lens are deflected with value Δη, as can be seen in FIG. 10. The incident beams Fi which reach the level of the recess Lo are refracted with a value Δη, thereby distributing the light beams substantially homogeneously within the lens. The result is shown in Figure 1 1b: apart from a few isolated areas, the illumination is substantially homogeneous over the entire area to be illuminated. The effect of the recess Lo (or recesses) is also visible from the graph of FIG. 12 which represents two curves β = f (a), ie a continuous curve relating to a conventional lens with a completely smooth rear face. and a modified curve partially relative to the lens of the invention with its two recesses Lo. It can be seen that β is greater with the lens of the invention for values of a between 0 and 40 °.
Cette caractéristique de la face arrière de la lentille peut être mise en œuvre de manière avantageuse et synergique avec les caractéristiques de la face avant décrite précédemment. Toutefois, la face arrière de l'invention peut également être mise en œuvre avec d'autres formes de face avant sans sortir du cadre de l'invention. En effet, de tels évidements au niveau de la face arrière de la lentille peuvent être mis en œuvre à chaque fois qu'une répartition homogène des faisceaux lumineux est souhaitée à l'intérieur de la lentille. This characteristic of the rear face of the lens can be implemented advantageously and synergistically with the characteristics of the front face described above. However, the rear face of the invention can also be implemented with other forms of front face without departing from the scope of the invention. Indeed, such recesses at the rear face of the lens can be implemented whenever a homogeneous distribution of light beams is desired inside the lens.
Le ou les évidement(s) Lo peuvent être situés sur ou à proximité de l'axe optique de la source lumineuse O, comme représenté sur la figure 10. Dans le cadre de la présente invention avec la face avant profilée, on peut prévoir deux évidements Lo comme représenté sur la figure 1 disposés de manière quelque peu excentrée par rapport à l'axe optique de la source lumineuse S.  The recess (s) Lo may be located on or near the optical axis of the light source O, as shown in FIG. 10. In the context of the present invention with the profiled front face, it is possible to provide two Lo recesses as shown in Figure 1 arranged somewhat eccentrically with respect to the optical axis of the light source S.
Grâce à l'invention, on peut utiliser des sources lumineuses ayant une surface active importante, comme par exemple les diodes électroluminescentes, et obtenir une répartition lumineuse homogène sur une zone étendue. La lentille L présente une taille en rapport avec la source lumineuse : le diamètre ou la longueur de la lentille est de l'ordre de 3 à 8 cm. De ce fait, il est préférable de réaliser la lentille en verre, plutôt qu'en matière plastique, en raison des phénomènes de retrait de matière bien connus dans le moulage de matière plastique, et qui n'existent pas ou peu avec les lentilles en verre.  Thanks to the invention, it is possible to use light sources having a large active surface, such as, for example, light-emitting diodes, and to obtain a homogeneous light distribution over a wide area. The lens L has a size in relation to the light source: the diameter or the length of the lens is of the order of 3 to 8 cm. Therefore, it is preferable to make the lens of glass, rather than plastic, because of the material withdrawal phenomena well known in the plastic molding, and which do not exist or little with the lenses in question. glass.
On améliore aussi de manière significative la durée de vie des optiques (UV, abrasion lors du nettoyage, possibilité de placer les optiques directement en contact avec l'environnement extérieur). De plus le verre possède une très bonne transmission de la lumière et une forte constringence limitant les problèmes chromatiques.  It also significantly improves the life of the optics (UV, abrasion during cleaning, possibility of placing the optics directly in contact with the external environment). In addition, the glass has a very good light transmission and a strong constringence limiting chromatic problems.

Claims

Revendications claims
1 . - Lentille (L) destinée à être associée à une source lumineuse (S) pour constituer un module d'éclairage (M) permettant d'éclairer de manière sensiblement homogène une zone déterminée à éclairer (C), la lentille (L) comprenant un corps massif, avantageusement en verre, définissant une face arrière (Lr) destinée à être orientée vers la source lumineuse (S) et une face avant (Lf) destinée à être orientée vers la zone à éclairer (C), la source lumineuse (S) définissant un axe optique (O) et émettant des faisceaux incidents lumineux (Fi) parvenant sur la face arrière (Lr) avec un angle a par rapport à l'axe optique (O) et des faisceaux lumineux réfractés (Fr) quittant la face avant (Lf) avec un angle β par rapport à l'axe optique (O), caractérisée en ce que la valeur de l'angle β répond, pour au moins certains faisceaux lumineux incidents (Fi) d'angle a, à une fonction arc-tangente du type β = a.arctan (b.a + c) + d, le long d'au moins une première ligne (D) traversant la zone à éclairer (C) et contenant l'axe optique (O). 1. Lens (L) intended to be associated with a light source (S) to form a lighting module (M) for illuminating in a substantially homogeneous manner a specific area to be illuminated (C), the lens (L) comprising a solid body, preferably glass, defining a rear face (Lr) intended to be oriented towards the light source (S) and a front face (Lf) intended to be oriented towards the area to be illuminated (C), the light source (S ) defining an optical axis (O) and emitting incident light beams (Fi) arriving on the rear face (Lr) with an angle α with respect to the optical axis (O) and refracted light beams (Fr) leaving the face before (Lf) with an angle β with respect to the optical axis (O), characterized in that the value of the angle β responds, for at least some incident light beams (Fi) of angle a, to a function arc-tangent of the type β = a.arctan (ba + c) + d, along at least a first l igne (D) crossing the area to be illuminated (C) and containing the optical axis (O).
2. - Lentille selon la revendication 1 , dans laquelle la valeur de l'angle β = a' arctan (b'a + c') + d', le long d'au moins une seconde ligne (PO, P1 , P2) perpendiculaire à la première ligne (D). 2. - Lens according to claim 1, wherein the value of the angle β = a 'arctan (b'a + c') + d ', along at least a second line (PO, P1, P2) perpendicular to the first line (D).
3. - Lentille selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la face avant (Lf) définit une courbe le long de la première ligne (D) qui présente un point d'inflexion (I). 3. - Lens according to claim 1 or 2, wherein the front face (Lf) defines a curve along the first line (D) which has a point of inflection (I).
4. - Lentille selon la revendication 1 , 2 ou 3, dans laquelle la face arrière (Lr) comprend au moins un évidement localisé (Lo) qui s'étend sur une partie mineure de la face arrière. 4. - Lens according to claim 1, 2 or 3, wherein the rear face (Lr) comprises at least one localized recess (Lo) which extends over a minor portion of the rear face.
5. - Module d'éclairage (M) pour éclairer de manière sensiblement homogène une zone déterminée à éclairer (C), le module (M) comprenant une source lumineuse (S) émettant des faisceaux lumineux et définissant un axe optique (O), et une lentille comprenant un corps massif, avantageusement en verre, définissant une face arrière (Lr) destinée à être orientée vers la source lumineuse(S), une face avant (Lf) destinée à être orientée vers la zone à éclairer (C), les faisceaux lumineux incidents (Fi) émis par source lumineuse (S) parvenant sur la face arrière (Lr) avec un angle a par rapport à l'axe optique (O) et les faisceaux lumineux réfractés (Fr) quittant la face avant (Lf) avec un angle β par rapport à l'axe optique (O), caractérisée en ce que la valeur de l'angle β répond, pour chaque faisceau lumineux incident (Fi) d'angle a, à une fonction arc-tangente du type β = a.arctan (b.a + c) + d, le long d'au moins une première ligne (D) traversant la zone à éclairer (C) et contenant l'axe optique (O). 5. - Lighting module (M) for illuminating in a substantially homogeneous manner a specific area to be illuminated (C), the module (M) comprising a light source (S) emitting light beams and defining an optical axis (O), and a lens comprising a solid body, preferably glass, defining a rear face (Lr) intended to be oriented towards the light source (S) , a front face (Lf) intended to be oriented towards the area to be illuminated (C), the incident light beams (Fi) emitted by light source (S) reaching the rear face (Lr) with an angle α with respect to the optical axis (O) and the refracted light beams (Fr) leaving the front face (Lf) with an angle β with respect to the optical axis (O), characterized in that the value of the angle β responds, for each incident light beam (Fi) of angle a, with an arc-tangent function of the type β = a.arctan (ba + c) + d, along at least a first line (D) crossing the area to be illuminated (C) and containing the optical axis (O).
6.- Module d'éclairage selon la revendication 5, dans lequel l'angle β = a' arctan (b'a + c') + d', le long d'au moins une seconde ligne (PO, P1 , P2) perpendiculaire à la première ligne (D). 6. A lighting module according to claim 5, wherein the angle β = a 'arctan (b'a + c') + d ', along at least one second line (PO, P1, P2). perpendicular to the first line (D).
7.- Module d'éclairage selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le zone à éclairer (C) est sensiblement rectangulaire de manière à définir quatre coins (1 , 2, 3, 4), le module (M) étant positionné sensiblement au niveau d'un coin (1 ) de la zone à éclairer, à une certaine hauteur au-dessus de la zone à éclairer, définissant ainsi une diagonale (D) reliant le coin (1 ) du module d'éclairage (M) au coin diagonalement opposé (3), l'axe optique (O) coupant cette diagonale7.- lighting module according to claim 5 or 6, wherein the area to be illuminated (C) is substantially rectangular so as to define four corners (1, 2, 3, 4), the module (M) being positioned substantially at a corner (1) of the area to be illuminated, at a certain height above the area to be illuminated, thereby defining a diagonal (D) connecting the corner (1) of the lighting module (M) to diagonally opposite corner (3), the optical axis (O) intersecting this diagonal
(D) en un point optique (Co) qui est plus proche du coin opposé (3) que du coin (1 ) du module. (D) at an optical point (Co) which is closer to the opposite corner (3) than to the corner (1) of the module.
8.- Module d'éclairage selon la revendication 7, dans lequel le point optique (Co) est situé à 55% ± 10% de la longueur de la diagonale (D) à partir du coin (1 ) du module. 8. A lighting module according to claim 7, wherein the optical point (Co) is located at 55% ± 10% of the length of the diagonal (D) from the corner (1) of the module.
9. - Module d'éclairage selon la revendication 7 ou 8, dans lequel β = a.arctan (b.a + c) + d, sur au moins une partie de la diagonale (D). 9. - Lighting module according to claim 7 or 8, wherein β = a.arctan (b.a + c) + d, on at least a portion of the diagonal (D).
10. - Module d'éclairage selon la revendication 7, 8 ou 9, dans lequel β = a'.arctan (b'.a +c') + d', sur au moins une partie d'au moins une seconde ligne perpendiculaire (PO, P1 , P2) à la diagonale (D). 10. - Lighting module according to claim 7, 8 or 9, wherein β = a'.arctan (b'.a + c ') + d', on at least a portion of at least a second perpendicular line. (PO, P1, P2) diagonally (D).
1 1 . - Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, dans lequel la lentille (L) comprend une couronne périphérique (Le) qui s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe optique (O) de la source lumineuse. 1 1. - Lighting module according to any one of claims 5 to 10, wherein the lens (L) comprises a peripheral ring (Le) which extends in a plane substantially perpendicular to the optical axis (O) of the source light.
12. - Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 5 à 1 1 , dans lequel la source lumineuse (S) est une diode électroluminescente, présentant avantageusement une surface active supérieure ou égale à environ 10 mm2. 12. - lighting module according to any one of claims 5 to 1 1, wherein the light source (S) is a light emitting diode, preferably having an active surface greater than or equal to about 10 mm 2 .
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