Brevet FR2889731A1 — publié le 20070216

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs optiques d'éclairage à ouverture variable du faisceau lumineux, notamment les projecteurs utilisés pour l'éclairage extérieur (par exemple pour l'éclairage de détails sur une façade d'un monument) ou pour l'éclairage intérieur. Les dispositifs optiques d'éclairage à ouverture variable du faisceau lumineux utilisent généralement le principe du déplacement relatif entre une lentille optique et une source lumineuse pour obtenir un faisceau lumineux dont l'étendue est réglable. Les lentilles optiques de ces dispositifs appartiennent à deux familles distinctes: les lentilles à surfaces continues et les lentilles à échelons dites lentilles de Fresnel. Des miroirs sphériques permettent de récupérer le flux lumineux issu de la source lumineuse qui n'est pas intercepté par la lentille optique. Or, une partie importante du flux lumineux n'est intercepté ni par la lentille optique, ni par le miroir. En outre, ce flux non intercepté par la lentille augmente avec la distance entre la lentille et la source lumineuse. Aussi, les dispositifs d'éclairage à ouverture variable du faisceau lumineux tels que décrits précédemment présentent un problème de rendement lumineux lié à l'importance du flux lumineux non intercepté (le rendement lumineux d'un dispositif d'éclairage est défini comme étant le rapport entre le flux lumineux sortant du dispositif d'éclairage et le flux lumineux émis par la source lumineuse). A titre indicatif, de tels dispositifs d'éclairage présentent un rendement lumineux variant de 15% à 30% selon la distance entre la lentille et la source lumineuse. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif optique d'éclairage à ouverture variable du faisceau lumineux ayant un rendement lumineux élevé et homogène quelle que soit l'étendue du faisceau lumineux. A cet effet, il est prévu un dispositif d'éclairage à ouverture variable du faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il comporte une source 2889731 2 lumineuse d'axe optique X-X du type émettant la majorité de son flux lumineux au travers d'une surface optique sensiblement hémisphérique, par exemple une diode électroluminescente, au moins une lentille optique à échelons centrée sur l'axe optique X-X et des moyens pour déplacer axialement la lentille à échelons par rapport à la source lumineuse. Un tel dispositif d'éclairage permet d'obtenir un rendement lumineux variant de 70% à 80% selon l'étendue du faisceau lumineux. L'utilisation d'une source lumineuse telle qu'une diode électroluminescente qui émet la majorité de son flux lumineux au travers d'une surface optique sensiblement hémisphérique a pour avantage qu'elle ne nécessite pas l'emploi d'un miroir de récupération d'un flux lumineux émis hors de la surface hémisphérique. Combinée à une lentille optique à échelons, une telle source lumineuse associée à une surface optique sensiblement hémisphérique permet également de se dispenser d'un système catadioptrique constitué d'un système de réflexion et d'un système de réfraction. Selon une disposition particulièrement avantageuse de l'invention, la surface optique sensiblement hémisphérique associée à la source lumineuse comporte une surface munie d'anneaux réfractant. La source lumineuse et sa surface optique associée peuvent être solidaires d'un organe cylindrique fixe et la lentille optique à échelons peut être montée sur un manchon tubulaire apte à coulisser axialement autour dudit organe cylindrique. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures: - la figure 1 est une vue partielle du dispositif d'éclairage selon l'invention; - les figures 2A et 2B sont des vues du dispositif de la figure 1 montrant la variation de l'ouverture du faisceau lumineux; et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif d'éclairage de la figure 1 dans son environnement. 2889731 3 Description détaillée d'un mode de réalisation En liaison avec la figure 1, le dispositif d'éclairage à ouverture variable du faisceau lumineux selon l'invention comporte essentiellement une source lumineuse 10 d'axe optique X-X, par exemple une puce émissive d'une diode électroluminescente. Cette source lumineuse est du type émettant la majorité de son flux lumineux au travers d'une surface optique 12 sensiblement hémisphérique. Il s'agit par exemple d'une diode électroluminescente. Le dispositif d'éclairage comporte également au moins une lentille optique à échelons 14 centrée sur l'axe optique X-X. Des moyens non représentés sur la figure 1 permettent de déplacer selon l'axe optique X- X la lentille à échelons 14 par rapport à la source lumineuse afin de faire varier l'ouverture du faisceau lumineux sortant du dispositif d'éclairage. La source lumineuse 10 de type diode électroluminescente (DEL) n'émet de la lumière que dans un hémisphère ce qui dispense de l'utilisation d'un miroir de récupération du flux lumineux. Le flux lumineux (schématisé par les rayons lumineux F sur les figures) qui est émis par une telle source lumineuse présente, après réfraction optique dans la surface optique 12 sensiblement hémisphérique, une ouverture angulaire de l'ordre de 90 centrée sur l'axe optique X-X. Le principe optique sur lequel fonctionne la surface 12 sensiblement hémisphérique associée à la source lumineuse 10 s'apparente à celui des points rigoureusement stigmatiques de la sphère dite de Weierstrass. Par stigmatisme rigoureux, on entend que tous les rayons lumineux issus du point source objet situé sur l'axe optique X-X sont déviés par le système optique de telle sorte que les rayons lumineux sortants du système proviennent du même point image située sur l'axe X-X La lentille optique à échelons 14 est du type lentille de Fresnel. Elle présente une surface continue 14a du côté de la source lumineuse 10 et une surface 14b munie d'échelons du côté opposé. Ces échelons sont formés par une pluralité d'anneaux concentriques 16 centrés sur l'axe optique X-X. La présence de ces anneaux 16 permet, d'une part de limiter l'étendue angulaire du faisceau lumineux afin d'obtenir un faisceau lumineux homogène, et d'autre part de gagner en encombrement selon l'axe optique X-X. 2889731 4 Selon la distance séparant la lentille à échelons 14 de la source lumineuse 10, l'étendue angulaire du faisceau lumineux issu du dispositif d'éclairage varie. Comme illustré sur les figures 2A et 2B, en se rapprochant de la source lumineuse 10, l'étendue du faisceau lumineux augmente. Par ailleurs, grâce à l'utilisation d'une surface optique 12 fonctionnant sur le principe de la sphère de Weierstrass, l'homogénéité du faisceau lumineux obtenu est améliorée et reste sensiblement identique quelle que soit l'étendue angulaire du faisceau. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la surface optique sensiblement hémisphérique 12 associée à la source lumineuse 10 comporte une surface 18 munie d'anneaux réfractant 20. Plus précisément, une partie de la surface sensiblement hémisphérique 12 associée à la source lumineuse 10 est remplacée par une surface aplanie 18 munie d'un système d'anneaux réfractant 20 pouvant être assimilé à une lentille de Fresnel. Cette caractéristique est notamment illustrée sur la figure 1 sur laquelle la surface sensiblement hémisphérique 12 est représentée en traits pointillées, tandis que la surface modifiée par ajout d'une surface 18 munie d'anneaux réfractant 20 est représentée en traits pleins. La technique permettant d'incorporer une telle modification est bien connue en soi. Elle consiste essentiellement à remplacer une surface réfractante continue par une succession de surfaces tronconiques raccordées dont chaque angle est calculé pour obtenir une déviation angulaire des rayons lumineux à celle engendrée par une lentille épaisse dont la surface est continue. Les surfaces de raccordement entre les troncs de cône sont également tronconiques et sont alignées avec les rayons lumineux incidents pour ne pas participer à la déviation des rayons lumineux. Ces anneaux réfractant s'obtiennent par la technique de moulage par injection de matière plastique transparent à haut coefficient de transmission lumineuse. Comme illustré sur la figure 2B, par une telle modification de la surface sensiblement hémisphérique 12 associée à la source lumineuse 10, l'amplitude du déplacement de la lentille optique 14 est plus importante que si la surface sensiblement hémisphérique 12 n'avait pas été modifiée. 2889731 5 De la sorte, l'encombrement axial du dispositif d'éclairage est réduit et l'amplitude de réglage de l'étendue angulaire du faisceau lumineux issu de ce dispositif est augmentée. A titre d'exemple, il est possible d'augmenter l'amplitude de l'étendue angulaire du faisceau lumineux de 20 à 30 . Les anneaux réfractant 20 de la surface 18 associée à la source lumineuse 10 sont calculés pour obtenir des déviations des rayons lumineux qui sont voisines ou semblables à celles obtenues par la surface sensiblement hémisphérique 12. On notera que la lentille de Fresnel du dispositif d'éclairage tel que décrit précédemment pourrait être associée à plusieurs autres lentilles optiques. De même, des lentilles optiques pourraient être montées en aval du dispositif d'éclairage afin d'obtenir les effets optiques souhaités. En liaison avec la figure 3, on décrira maintenant le dispositif d'éclairage selon l'invention dans son environnement, notamment les moyens permettant de déplacer axialement la lentille à échelons de ce dispositif. Sur cette figure, la source lumineuse 10 du dispositif d'éclairage est montée sur un organe cylindrique 22 dont l'axe longitudinal est confondu avec l'axe optique X-X du dispositif d'éclairage. Cet organe cylindrique 22 est fixe. Il est muni d'un perçage longitudinal 24 pour le passage des fils (non représentés) d'alimentation de la source lumineuse. La lentille optique à échelons 14 du dispositif d'éclairage est quant à elle fixée à une extrémité d'un manchon tubulaire 26 pouvant coulisser axialement autour de l'organe cylindrique 22. Le déplacement axial de la lentille à échelons 14 par rapport à la source lumineuse 10 est donc obtenu en faisant coulisser le manchon 26 autour de l'organe cylindrique 22. Un tel coulissement du manchon (représenté en traits pointillés sur la figure 3) peut être réalisé manuellement ou par l'intermédiaire d'un moteur par exemple. L'extrémité du manchon tubulaire 26 sur laquelle est fixée la lentille à échelons 14 du dispositif d'éclairage peut également être pourvue d'une lentille transparente 28 destinée à protéger le dispositif d'éclairage. En outre, d'autres lentilles optiques pourraient être intercalées entre la lentille à échelons 14 et la lentille transparente 28. 2889731 6 Par ailleurs, un pion 30 solidaire de l'organe cylindrique 22 est apte à coulisser dans une fente 32 aménagée à cet effet au travers du manchon 26 lors du déplacement relatif entre l'organe cylindrique et le manchon tubulaire. Un tel pion 30 a pour fonction, d'une part d'éviter un déplacement relatif trop important entre l'organe cylindrique et le manchon tubulaire, et d'autre d'empêcher tout rotation du manchon tubulaire autour de l'organe cylindrique. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'éclairage à ouverture variable du faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse (10) d'axe optique (X-X) du type émettant la majorité de son flux lumineux au travers d'une surface optique (12) sensiblement hémisphérique, par exemple une diode électroluminescente, au moins une lentille optique à échelons (14) centrée sur l'axe optique (X-X) et des moyens pour déplacer axialement la lentille à échelons (14) par rapport à la source lumineuse (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la surface optique sensiblement hémisphérique (12) associée à la source lumineuse (10) comporte une surface (18) munie d'anneaux réfractant (20). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la source lumineuse (10) est solidaire d'un organe cylindrique fixe (22) et la lentille optique à échelons (14) est montée sur un manchon tubulaire (26) apte à coulisser axialement autour dudit organe cylindrique.