Brevet FR2930706A1 — publié le 20091030

Lampe d'éclairage autorégulée Domaine technique de l'invention L'invention est relative à une lampe électrique portative alimentée par une source d'alimentation à courant continu, et comportant un boîtier renfermant: un module d'éclairage avec au moins une diode électroluminescente 10 LED, un organe de commande utilisateur connecté électriquement à une première entrée d'un circuit de contrôle électronique pour définir différents modes d'éclairage. 15 État de la technique Les clifférentes fonctions d'une lampe à LED pilotée par un circuit électronique, sont classiquement le réglage de la puissance, de l'angle de focalisation du faisceau, de la couleur par sélection des LED, et du mode 20 d'allumage permanent ou par clignotement. Ces fonctions permettent à l'utilisateur d'adapter son éclairage à son environnement en gérant la consommation en énergie électrique fournie par les piles. L'accès à l'une de ces fonctions nécessite systématiquement l'intervention de l'utilisateur qui doit actionner l'organe de commande manuel, soit par impulsions (bouton- 25 poussoir), soit par pivotement (levier), soit par translation (coulisseau). Lorsque la puissance sélectionnée par l'utilisateur est la puissance maximale, le passage brusque du faisceau lumineux vers un objet rapproché provoque un éclairement intense faisant intervenir l'accoutumance de l'oeil de 30 l'utilisateur. Réciproquement, lorsque la puissance sélectionnée par l'utilisateur est la puissance minimale, le passage brusque du faisceau 1 lumineux vers un objet éloigné engendre un éclairement insuffisant. Selon que l'orientation de la lampe pour une vision de près ou de loin, il en résulte un certain inconfort visuel, sauf si l'utilisateur modifie à chaque mouvement l'état de l'organe de commande manuel. Dans le document JP9048280, un interrupteur automatique d'intérieur pour automobile provoque l'allumage de la lampe dès qu'on approche la main. Selon le document JP 111193, un capteur de lumière ambiante actionne l'allumage de la lampe. Le pilotage se fait par asservissement à la lumière io ambiante. Dans les, deux cas, le capteur ne régule pas la source lumineuse qu'il capte. Le document JP 63046726 décrit un système pour réguler l'éclairement d'une surface. Un capteur est positionné près de la surface, dont on veut 15 réguler l'éclairement. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à remédier à ces inconvénients, et à réaliser 20 une lampe portative à éclairage uniforme permettant d'augmenter les performances de l'éclairage, de procurer un confort visuel pour l'utilisateur, et d'économiser l'énergie électrique en fonction de l'environnement. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'un capteur optique est 25 logé dans le boîtier au voisinage de la diode électroluminescente LED pour transmettre un signal représentatif de l'éclairage induit par la lampe, à une deuxième entrée du circuit de contrôle pour réguler automatiquement la puissance de la LED en fonction d'un seuil prédéterminé. 30 Il en résulte que le capteur optique détecte la lumière en provenance de la LED du module d'éclairage qu'il régule. Le faisceau lumineux émis par la lampe est ainsi régulé automatiquement sans action manuelle pour adapter l'éclairage à l'environnement, tout en gérant la consommation en énergie. Selon un mode de réalisation préférentiel, le capteur optique est choisi pour correspondre au profil de réponse et à la sensibilité de l'oeil humain (bande passante dans le visible compris entre 450nm et 700nm), et comprend un axe optique parallèle à l'axe longitudinal de la lampe. La régulation de l'éclairement permet d'augmenter le confort visuel par une sensation d'éclairement dans l'axe longitudinal indépendamment du changement brusque d'orientation de la lampe. Un autre avantage est d'éviter tout risque d'éblouissement pour un groupe d'utilisateurs équipés chacun d'une lampe selon l'invention. Selon un premier mode de réalisation, le circuit de contrôle analogique comporte un circuit comparateur ayant une première entrée de réception d'une consigne correspondant audit seuil, et une deuxième entrée de réception dudit signal issu du capteur optique. La sortie du circuit comparateur pilote un interrupteur pour faire varier des résistances en série avec la LED. Selon un deuxième mode de réalisation, le circuit de contrôle comprend un circuit d'asservissement pour régler la puissance de la LED par l'intermédiaire d'un convertisseur de puissance pour asservir la puissance de la LED à la première consigne manuelle, et à une consigne automatique en provenance du capteur optique et de l'intensité du courant absorbée par la LED. Le convertisseur de puissance possède à cet effet une entrée de modulation pilotée par : - un premier circuit d'erreur recevant la première consigne manuelle, - un deuxième circuit d'erreur en liaison avec le capteur optique dont le signal est comparé avec une deuxième consigne correspondant à un niveau d'éclairement souhaité, - un troisième circuit d'erreur recevant le signal de sortie du deuxième circuit d'erreur et un signal de mesure de l'intensité du courant circulant dans une résistance en série avec la LED, la sortie du troisième circuit d'erreur étant branchée au premier circuit d'erreur par l'intermédiaire d'un amplificateur. Selon un troisième mode de réalisation, le circuit de contrôle numérique comporte un microcontrôleur fonctionnant selon les étapes suivantes : - activation de la lampe et entrée de la première consigne par l'utilisateur pour définir le niveau de puissance ou une autre fonction souhaitée ; chargement des paramètres de puissance Pmax, Pmin et de la 15 deuxième consigne d'éclairement; acquisition des données en provenance du capteur optique ; comparaison des données par rapport au seuil fixé par la deuxième consigne pour réguler la puissance de la LED. 20 Selon un quatrième mode de réalisation, le module d'éclairage est composé de deux diodes électroluminescentes fournissant un faisceau étroit et un faisceau large. La puissance totale est répartie entre les deux diodes par un microcontrôleur associé à trois capteurs optiques, dont l'un dispose d'un systèrne optique captant uniquement la lumière en provenance de l'axe 25 longitudinal de la lampe, les deux autres capteurs captant la lumière réfléchie par les obstacles situés des deux côtés. Description sommaire des dessins 30 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente une vue schématique de la lampe portative 5 autorégulée selon l'invention ; la figure 2 illustre un diagramme du signal S (en mV) délivré par le capteur optique en fonction de l'éclairement reçu L (en Lux) ; la figure 3 est une vue de la face avant de la lampe avec le capteur optique et l'organe de commande utilisateur ; ~o la figure 4 montre le schéma d'un circuit de contrôle analogique du type Trigger de Schmitt ; la figure 5 est une variante du circuit de la figure 4 ; la figure 6 représente un circuit de contrôle pour asservir la puissance de la LED à la première consigne manuelle, et à une consigne automatique 15 en provenance du capteur optique et de l'intensité du courant absorbée par la LED ; la figure 7 montre le schéma d'un circuit de contrôle numérique à microcontrôleur piloté par le capteur optique et l'organe de commande utilisateur ; 20 la figure 8 est l'organigramme de fonctionnement qui gère le microcontrôleur de la figure 7 ; la figure 9 représente le schéma synoptique d'un circuit de contrôle avec zoom de répartition de la puissance au moyen de trois capteurs optiques, dont l'un pour la lumière de face, et les deux autres pour les lumières du 25 côté gauche et du côté droit. Description d'un mode préférentiel de l'invention 30 Sur les figures 1 à 3, la lampe électrique selon l'invention concerne une lampe 10 portative comportant un boîtier BT renfermant un module d'éclairage 11 à LED disposé sur la face avant, et connecté électriquement à un circuit de contrôle P électronique, et à une source d'alimentation 12. Le module d'éclairage 11 peut être constitué par une seule diode électroluminescente LED de puissance (cas de la figure 3), ou par une série de diodes LED. La source d'alimentation 12 à courant continu est formée par une batterie ou des piles, agencées soit à l'intérieur du boîtier BT, soit à l'extérieur de la lampe dans un boîtier séparé. L'invention est applicable à une lampe frontale, ou à une lampe torche, avec un boîtier BT en matériau isolant ou métallique. Un organe de commande utilisateur 13 est connecté électriquement à une première entrée El du circuit de contrôle P pour la mise en service ou l'arrêt, et l'émission d'une consigne manuelle ou l'entrée de paramètres pour le choix des fonctions de la lampe 10. Un capteur optique 14 est logé avec le module d'éclairage 11 dans le boîtier BT de la lampe 10. Le capteur 14 permet de contrôler l'éclairement capté après réflexion sur l'objet 16 du faisceau lumineux émis par la LED. Le capteur 14 est relié à travers un amplificateur 15 à une deuxième entrée E2 du circuit de contrôle P. La figure 2 représente à titre d'exemple le diagramme du signal S en mV délivré par le capteur optique 14 en fonction de l'éclairement L en Lux. Le diagramme du signal S est une fonction sensiblement linéaire en étant proportionnelle à l'éclairement L capté. Le capteur optique 14 est constitué par un récepteur photosensible, par exemple du type photodiode, phototransistor, CCD ou autre, lequel est situé près de la LED du module d'éclairage 11. On note sur la figure 1 que les rayons R réfléchis par l'objet 16 sont captés directement par le capteur optique 14. Le signal S de sortie du capteur optique 14 représente ainsi une image de l'éclairement de l'objet 16 et d'autres sources de (lumière externes. Ce signal S est interprété automatiquement par le circuit de contrôle P, et est utilisé comme entrée de commande des fonctions de la lampe 10. Préférentiellement, les axes optiques de la LED et du capteur 14 sont sensiblement parallèles, pour que l'image de l'éclairement de l'objet 16 détecté par le capteur 14 soit la plus représentative. Le type de capteur optique 14 est choisi pour correspondre au profil de réponse et à la sensibilité de l'oeil humain (bande passante dans le visible compris entre 450-700nm). II en résulte un confort visuel optimum par une sensation d'éclairement dans l'axe indépendant du mouvement de visualisation de l'objet éclairé entre deux instants ( par exemple lecture de carte, puis recherche de balise éloignée). Il en résulte que le capteur optique 14 détecte la lumière en provenance de la LED du module d'éclairage 11 qu'il régule. Le faisceau lumineux 17 émis par la lampe 10 est ainsi régulé automatiquement sans action manuelle pour adapter l'éclairage à l'environnement, tout en gérant la consommation en énergie. Le circuit de contrôle P peut être réalisé de différentes manières, notamment selon un circuit électronique analogique ou numérique qui seront décrits par la suite à titre d'exemples. Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 4, la puissance du module d'éclairage 11 est déterminée par une paire de résistances R1, R2 connectées avec la LED aux bornes de la source d'alimentation 12. La première résistance R1 est en série avec la LED, et la deuxième résistance R2 est reliée en parallèle aux bornes de la première résistance R1 par un interrupteur 18, lequel est piloté par la sortie d'un circuit comparateur 19 du type t:rigger de Schmitt à amplificateur opérationnel. Le signal S de commande issu du capteur optique 14 est appliqué à l'entrée E2 du circuit comparateur 19. L'autre entrée El reçoit une valeur de consigne correspondant au seuil du circuit comparateur 19. Selon que la valeur du signal S du capteur 14 est au-dessus ou en-dessous du seuil du circuit comparateur 19, l'interrupteur 18 est ouvert ou fermé de manière à modifier la valeur de la résistance en série avec la diode LED. Il en résulte une variation de la puissance lumineuse de la LED, notamment une puissance maximum, et une puissance réduite. La figure 5 est une variante de la figure 4, les deux résistances R1 et R2 étant connectées en série avec la LED, et l'interrupteur 18 pouvant shunter la deuxième résistance R2 en fonction de l'état du circuit comparateur 19. Le fonctionnement est similaire à celui décrit précédemment. Dans les deux cas, on obtient deux niveaux de puissance de la LED régulés automatiquement par le capteur optique 14, ce qui peut convenir à un éclairage long et un éclairage court. Le circuit de contrôle P électronique peut comporter plusieurs étages de 20 circuits comparateurs 19 analogiques de seuils différents pour obtenir plusieurs niveaux de puissance de la LED. Le deuxième mode de réalisation de la figure 6 représente un schéma synoptique d'un circuit d'asservissement 20. La puissance de la LED est 25 réglée par un convertisseur de puissance 21 ayant une entrée de modulation pilotée par une première consigne Cl manuelle affichée par l'utilisateur dans un premier circuit d'erreur 22, et une consigne automatique liée à la réponse du capteur optique 14. La consigne Cl peut correspondre à un certain niveau de puissance souhaité par l'utilisateur. Le signal S délivré par le capteur 14 30 est comparé dans un deuxième circuit d'erreur 23 avec une deuxième consigne C2 correspondant à un niveau d'éclairement souhaiité. Le signal de sortie du deuxième circuit d'erreur 23 est amplifié dans un amplificateur 24, et appliqué à un troisième circuit d'erreur 25, lequel reçoit un signal de mesure S1 de l'intensité du courant circulant dans une résistance R3 en série avec la LED. La sortie du troisième circuit d'erreur 25 est branchée au premier circuit d'erreur 22 par l'intermédiaire d'un amplificateur 26. La puissance de la LED est ainsi asservie à la première consigne Cl manuelle, et à la consigne automatique en provenance du capteur optique 14 et de l'intensité du courant absorbée par la LED. Ce circuit d'asservissement 20 permet de conserver l'éclairement de la surface à observer, et d'ajuster la io puissance électrique en régulant le courant d'alimentation de la LED en fonction des paramètres de l'environnement. Selon un troisième mode de réalisation représenté à la figure 7, le circuit de contrôle P numérique comporte un microcontrôleur 27 qui gère la puissance 15 de la LED en fonction de la consigne Cl manuelle, et de l'acquisition du capteur optique 14. L'organigramme est illustré à la figure 8, et comporte les étapes suivantes : activation de la lampe 10, et entrée de la première consigne Cl par l'utilisateur pour définir le niveau de puissance ou une autre fonction 20 souhaitée ; chargement des paramètres de puissance Pmax, Pmin et de la deuxième consigne C2 d'éclairement; acquisition des données en provenance du capteur optique 14 ; cornparaison des données par rapport au seuil fixé par la deuxième 25 consigne C2 pour réguler la puissance de la LED. Dans un état d'éclairement trop important, la valeur d'acquisition du capteur optique 14 est supérieure à la deuxième consigne C2. Si au même instant, la puissance de la LED est supérieure à Pmin, le ' microcontrôleur 27 30 commandera une diminution de x% de la puissance de la LED. Dans un état d'éclairement insuffisant, la valeur d'acquisition du capteur optique 14 est inférieure à la deuxième consigne C2. Si au même instant, la puissance de la LED est inférieure à Pmax, le microcontrôleur 27 commandera une augmentation de x% de la puissance de la LED. La présence du capteur optique 14 permet de maintenir un éclairement constant, indépendamment de la distance de l'objet éclairé et du mouvement nécessaire pour le changement d'orientation. L'ceil de l'utilisateur n'a pas besoin de faire l'accoutumance, c'est la lampe qui s'en charge. 10 Selon un quatrième mode de réalisation de la figure 9, une lampe 100 à focale variable comporte un module d'éclairage 110 avec deux LED1, LED2 fournissant respectivement un faisceau étroit et un faisceau large. La puissance totale disponible est répartie par les sorties S1, S2 du 15 microcontrôleur 127 entre les deux LED1, LED2 selon le principe décrit dans le document WO 2007/060319. La lampe 100 est équipée de trois capteurs optiques 140, 141, 142, dont l'un 140 dispose d'un système optique captant uniquement la lumière en 20 provenance de l'axe longitudinal de la lampe. Les deux autres capteurs 141, 142 captent la lumière réfléchie par les obstacles situés des deux côtés. Les informations délivrées par les capteurs 140, 141, 142 modulent la répartition de puissance entre les deux LED1, LED2 de manière à garder un rapport constant entre la lumière reçue dans l'axe et la lumière reçue des deux côtés 25 gauche et droit.5 Revendications1. Lampe électrique portative alimentée par une source d'alimentation à courant continu, et comportant un boîtier (BT) renfermant: un module d'éclairage (11, 110) avec au moins une diode électroluminescente LED , un organe de commande utilisateur (13) connecté à une première entrée El d'un circuit de contrôle (P) électronique pour définir différents modes d'éclairage, ~o caractérisée en ce qu'au moins un capteur optique (14, 140, 141, 142) est logé dans le boîtier (BT) au voisinage de la diode électroluminescente LEC) pour transmettre un signal (S) représentatif de l'éclairage induit par la lampe, à une deuxième entrée E2 du circuit de contrôle (P) pour réguler automatiquement la puissance de la LED en fonction d'un seuil 15 prédéterminé. 2. Lampe électrique portative selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capteur optique (14, 140, 141, 142) est choisi pour correspondre au profil de réponse et à la sensibilité de l'oeil humain, et comprenant un 20 axe optique parallèle à l'axe longitudinal de la lampe. 3. Lampe électrique portative selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit de contrôle (P) analogique comporte un circuit cornparateur (19) ayant une première entrée (El) de réception d'une 25 consigne correspondant audit seuil, et une deuxième entrée (E2) de réception dudit signal (S) issu du capteur optique (14). 4. Lampe électrique portative selon la revendication 3, caractérisée en ce que le circuit comparateur (19) est un trigger de Schmitt. 30 5. Lampe électrique portative selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la sortie du circuit comparateur (19) pilote un interrupteur (18) pour faire varier des résistances (R1, R2) en série avec la LEE). 6. Lampe électrique portative selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de contrôle (P) comprend un circuit d'asservissement (20) pour régler la puissance de la LED par l'intermédiaire d'un convertisseur de puissance (21) pour asservir la puissance de la LED à la première consigne (Cl) manuelle, et à une consigne automatique en provenance du capteur optique (14) et de l'intensité du courant absorbée par la LED. 7. Lampe électrique portative selon la revendication 6, caractérisée en ce que le convertisseur de puissance (21) possède une entrée de modulation pilotée par : un premier circuit d'erreur (22) recevant la première consigne (Cl) manuelle, un deuxième circuit d'erreur (23) en liaison avec le capteur optique (14) dont le signal (S) est comparé avec une deuxième consigne (C2) correspondant à un niveau d'éclairement souhaité, un troisième circuit d'erreur (25) recevant le signal de sortie du deuxième circuit d'erreur (2.3) et un signal de mesure (Si) de l'intensité du courant circulant dans une résistance (R3) en série avec la LED, la sortie du troisième circuit d'erreur (25) étant branchée au premier circuit d'erreur (22) par l'intermédiaire d'un amplificateur (26). 8. Larnpe électrique portative selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de contrôle (P) numérique comporte un microcontrôleur (27) fonctionnant selon les étapes suivantes : activation de la lampe (10), et entrée de la première consigne (Cl) 30 par l'utilisateur pour définir le niveau de puissance ou une autre fonction souhaitée ; - chargement des paramètres de puissance Pmax, Pmin et de la deuxième consigne (C2) d'éclairement; - acquisition des données en provenance du capteur optique (14) ; - comparaison des données par rapport au seuil fixé par la deuxième consigne (C2) pour réguler la puissance de la LED. 9. Lampe électrique portative selon la revendication 1, dans lequel le module d'éclairage (110) est composé de deux diodes électroluminescentes (LED1, LED2) fournissant un faisceau étroit et un io faisceau large, caractérisée en ce que la puissance totale est répartie entre les deux diodes (LED1, LED2) par un microcontrôleur (127) associé à trois capteurs optiques (140, 141, 142), dont l'un (140) dispose d'un système optique captant uniquement la lumière en provenance de l'axe longitudinal de la lampe, les 15 deux autres capteurs (141, 142) captant la lumière réfléchie par les obstacles situés des deux côtés.