Brevet FR2966900A1 — publié le 20120504

Procédé de conception d'un luminaire à LEDs permettant d'obtenir un éblouissement perturbateur atténué et luminaire correspondant La présente invention concerne le domaine des luminaires et des s systèmes d'éclairage constitués de diodes électroluminescentes et destinés notamment, mais pas exclusivement, aux bâtiments et assurant un éclairage de secours en cas de panne de courant, pour l'évacuation d'urgence par exemple. Elle concerne plus particulièrement, selon un premier de ses aspects, un procédé de conception d'un luminaire apte à émettre un flux lumineux io prédéterminé à partir d'une pluralité de diodes électroluminescentes disposées suivant un alignement sur un support de fixation et propres à générer chacune un flux lumineux élémentaire. Dans ce contexte, on cherche généralement à éviter des conditions de vision dans lesquelles l'observateur est à même d'éprouver une gêne ou une is réduction de l'aptitude à distinguer des objets par exposition à une source d'éblouissement. On distingue en particulier, l'éblouissement d'incapacité, ou éblouissement perturbateur, qui est un éblouissement diminuant fortement le contraste perçu par l'observateur. Cet éblouissement peut être aveuglant au point de réduire, voire supprimer, la vision des objets observés. Dans le cadre 20 des luminaires d'évacuation d'urgence, cette notion d'éblouissement d'incapacité peut influer défavorablement sur les conditions de sécurité dans lesquelles se déroule l'évacuation d'un bâtiment. Il est donc fortement souhaitable que les luminaires à diodes électroluminescentes, en particulier les luminaires d'évacuation d'urgence, ne 25 soient pas perçus comme des sources d'éblouissement. L'invention a pour but de proposer un procédé de conception d'un luminaire à diodes électroluminescentes répondant à ce besoin. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé 30 en ce qu'on détermine un nombre minimal de diodes électroluminescentes constituant l'alignement et une répartition angulaire des diodes électroluminescentes le long de l'alignement par rapport à un axe d'observation perpendiculaire à l'alignement, permettant d'obtenir une distribution du flux lumineux prédéterminé sur le nombre minimal de diodes électroluminescentes propre à contribuer à une diminution de la luminance de voile mesurée depuis une position d'observation éloignée du support de fixation d'une certaine distance et par laquelle passe l'axe d'observation. s La répartition angulaire des diodes électroluminescentes le long de l'alignement par rapport à l'axe d'observation peut être déterminée par le choix d'un espacement prédéfini des diodes électroluminescentes entre elles. L'axe d'observation forme de préférence un angle d'environ 1° avec la diode électroluminescente disposée à une première extrémité de l'alignement. io L'invention concerne également un luminaire comprenant un support de fixation sur lequel est disposé un alignement de diodes électroluminescentes et obtenu selon le procédé de l'invention, le luminaire étant apte à fournir un flux lumineux d'au moins 400 lm et l'alignement comprenant un nombre minimal d'au moins 23 diodes électroluminescentes réparties sur une distance angulaire is d'au moins 13° par rapport à l'axe d'observation. De préférence, l'alignement comprend 32 diodes électroluminescentes présentant un espacement entre elles d'au moins 0.7 cm. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de 20 l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est un schéma illustrant l'estimation de l'éblouissement perturbateur en présence d'une source lumineuse isolée ; - la Figure 2 est un schéma illustrant des conditions expérimentales pour 25 l'estimation de la luminance de voile d'un alignement de diodes électroluminescentes; - la Figure 3 est une représentation graphique comparant une modélisation de la luminance de voile avec des valeurs obtenues expérimentalement ; et 30 - la Figure 4 illustre schématiquement un support de fixation sur lequel est disposé un alignement de diodes électroluminescentes apte à être mis en oeuvre dans un luminaire conforme à l'invention. La grandeur photométrique classiquement associée à l'éblouissement d'incapacité est la luminance de voile Lv. Les travaux de Stiles et Holladay ont abouti à une relation empirique permettant d'estimer la luminance de voile créée par une source lumineuse isolée S à partir de l'éclairement E dans le plan s de l'observateur O et de l'angle a que forme la source lumineuse avec un axe X définissant la direction d'observation (Figure 1). Ainsi, pour une source isolée, la luminance de voile est définie comme suit : Lv =K.E/ a2 [cd/m2], avec 1° Cth= ALth/Lb En première approximation, ALth s'exprime de la manière suivante : ~i A ALth= k. Avec : - k une constante liée à la probabilité de détection souhaitée (k=1 pour io une probabilité de détection de 50%, k=2.6 pour une probabilité de détection de 99.9%) - A la taille angulaire de l'objet à détecter - (P et L dépendant de Lb. Cependant, ALth peut être pondéré par un certain nombre d'autres 15 facteurs, parmi lesquels l'âge de l'observateur et le temps d'observation. Concernant les applications d'éclairage de sécurité, il est pertinent de donner aux paramètres précités les valeurs suivantes : - âge de l'observateur : 23 ans, - k=2.6 pour maximiser la probabilité de détection, 20 - A= 45 min d'arc ce qui correspond à la taille angulaire d'un pictogramme de sécurité de 10 cm de côté vu à 7.5 m, Par ailleurs, Lb est fixée à 1 cd/m2, valeur proche de la luminance de fond minimale perceptible en vision photopique. Dans ces conditions, (1) et L sont calculés par les relations suivantes : 25 = log(4.1925.Lbo."" ) + 0.1684.Lb°."67 = 0.05946.Lb°.466 L'application numérique fournit : ALth: 0.015 cd/m2, et comme Lb est fixé à 1 cd/m2, on a Cth=0.015 cd/m2. Comme indiqué plus haut, la visibilité VI correspond au rapport entre le contraste en présence C" et un contraste seuil Cth. Un observateur peut distinguer un objet du fond si le contraste perçu est supérieur au contraste de s seuil, ce qui s'exprime par la relation suivante : V1= C/ Cth 1 Le C>_Cth i.e. (Lobj - Lb)/(Lb +Lv) >_Cth Comme généralement Lv»Lb, on a : io Lv AL/Cth En conséquence, pour une luminance de l'objet à distinguer Lobj= 4 cd/m2 (valeur proche de la luminance minimum autorisée par la norme EN 60598-2-22 pour un pictogramme d'éclairage de sécurité), on a une visibilité VI supérieure ou égale à 1 si la luminance de voile Lv est inférieure ou égale à 195 is cd/m2. Cette méthode conduit à définir, pour un luminaire fournissant un flux lumineux donné, par exemple égal à 400 lm, un nombre minimal préférentiel de 32 diodes électroluminescentes S1 à S32 alignées sur un support de fixation 10, comme illustré à la figure 4. L'espacement e entre chaque diode S1-S32 (de 20 centre à centre) est choisi de préférence sensiblement égal à 0,7 cm. Il en découle que les angles ai de chaque diode S1 à S32 de ce luminaire par rapport à l'axe d'observation X, perpendiculaire à l'axe de l'alignement, sont définis comme suit : Rang de la LED Angle de la LED (°) 2s 1 1 2 1,4 3 1,8 4 2,2 2,6 30 6 3 7 3,4 8 3,8 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 io 18 19 20 21 22 15 23 24 25 26 27 20 28 29 30 31 32 25 Les valeurs des sont les suivantes : Paramètres (P [lm] N 30 0[sr] d [m] K Il en résulte que4,2 4,6 5 5,4 5,8 6,2 6,6 7 7,4 7,8 8,2 8,6 9 9,4 9,8 10,2 10,6 11 11,4 11,8 12,2 12,6 13 13,4 paramètres de l'équation (6) utilisés pour ce luminaire Valeurs 400 32 2 1 la luminance de voile calculée à partir de l'équation (6), modélisant selon cet exemple la luminance de voile à côté du luminaire, à une 35 distance d'environ 1 m du support de fixation des diodes selon un axe d'observation formant un angle d'environ 1° avec la diode électroluminescente disposée à une première extrémité de l'alignement est d'environ 180cd/m2, ce qui est inférieur à la luminance de voile limite de 195 cd/m2 telle que définie plus haut, et permet d'avoir une visibilité de 1,1. La distribution du flux lumineux sur les 32 diodes électroluminescentes de l'alignement avec la répartition angulaire prédéfinie par rapport à l'axe d'observation, permettent de réduire très fortement l'éblouissement par rapport à des luminaires émettant un flux identique mais avec un nombre inférieurs de diodes constituant l'alignement. La méthode précédemment décrite permet en outre, toutes choses égales io par ailleurs, de définir un nombre minimal de diodes électroluminescentes en dessous duquel la luminance de voile dépasse une valeur limite prédéfinie de 195 cd/m2. Ce nombre minimal de diodes est déterminé égal à 23. Les angles ai de chaque diode par rapport à l'axe d'observation perpendiculaire à l'axe de l'alignement, sont définis comme suit : 15 Rang de la LED 1 2 3 4 20 5 6 7 8 9 25 10 11 12 13 14 30 15 16 17 18 19 35 20 Angle de la LED (°) 1 1,565 2,13 2,695 3,26 3,825 4,39 4,955 5,52 6,085 6,65 7,215 7,78 8,345 8,91 9,475 10,04 10,605 11,17 11,735 21 12,3 22 12,865 23 13,43 Pour renforcer la démonstration de la réduction de l'éblouissement liée à cette distribution particulière du flux lumineux selon l'invention, prenons l'exemple d'un luminaire fournissant 400 lm à partir d'une seule diode électroluminescente. Les valeurs des paramètres de l'équation (6) utilisées sont alors les suivantes : Paramètres Valeurs io (P [lm] 400 N 1 0[sr] 2 d [m] 1 K 10 15 La luminance de voile totale calculée à partir de l'équation (6) est d'environ 2000 cd/m2. Prenons maintenant l'exemple d'un luminaire fournissant 400 lm à partir de quatre diodes électroluminescentes réparties sur une distance angulaire de 13°. Les angles par rapport à l'axe d'observation sont les suivants : 20 Rang de la LED Angle de la LED (°) 1 1 2 5 3 9 4 13 25 Et les valeurs des paramètres de l'équation (6) utilisées sont les suivantes : Paramètres Valeurs (P [lm] 400 N 4 30 0[sr] 2 d [m] 1 K 10 La luminance de voile totale calculée à partir de l'équation (6) est alors d'environ 530 cd/m2. Selon la relation de contraste telle que définie plus haut C"= (Lobj - Lb )/( Lv), soient C"A le contraste perçu a coté du luminaire selon l'exemple ci-dessus avec une seule diode électroluminescente pour fournir le flux lumineux de 400 lm, C"B le contraste perçu a coté du luminaire selon l'exemple ci-dessus avec s quatre diodes électroluminescente pour fournir le flux lumineux de 400 lm, et C"c le contraste perçu a coté du luminaire conçu selon l'invention, présentant préférentiellement 32 diodes électroluminescentes pour distribuer le flux lumineux. Ainsi, à flux lumineux égal, l'utilisation d'un luminaire comprenant 32 diodes réparties sur la distance angulaire prédéfinie permet de multiplier par 3 io (C"B/ C"c) le contraste par rapport à un luminaire comportant 4 diodes, ou par 11 par rapport à un luminaire ne comportant qu'une seule diode (C"a/ C"c). La distribution du flux lumineux sur les 32 diodes électroluminescentes de l'alignement est donc particulièrement favorable à la réduction de la luminance de voile en comparaison de luminaires émettant un flux identiques avec par 15 exemple une seule diode ou quatre diodes. REVENDICATIONS1. Procédé de conception d'un luminaire apte à émettre un flux lumineux prédéterminé à partir d'une pluralité de diodes électroluminescentes s (S1-S32) disposées suivant un alignement sur un support de fixation (10) et propres à générer chacune un flux lumineux élémentaire, caractérisé en ce qu'on détermine un nombre minimal de diodes électroluminescentes constituant l'alignement et une répartition angulaire des diodes électroluminescentes le long de l'alignement par rapport à un axe d'observation (X) perpendiculaire à io l'alignement, permettant d'obtenir une distribution du flux lumineux prédéterminé sur le nombre minimal de diodes électroluminescentes propre à contribuer à une diminution de la luminance de voile mesurée depuis une position d'observation éloignée du support de fixation d'une certaine distance et par laquelle passe l'axe d'observation. is 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la répartition angulaire des diodes électroluminescentes (S1-S32) le long de l'alignement par rapport à l'axe d'observation (X) est déterminée par le choix d'un espacement (e) prédéfini des diodes électroluminescentes entre elles. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe 20 d'observation (X) forme un angle d'environ 1° avec la diode électroluminescente (S1) disposée à une première extrémité de l'alignement. 4. Luminaire comprenant un support de fixation sur lequel est disposé un alignement de diodes électroluminescentes obtenu selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le luminaire 25 est apte à fournir un flux lumineux d'au moins 400 lm et en ce que l'alignement comprend un nombre minimal d'au moins 23 diodes électroluminescentes réparties sur une distance angulaire d'au moins 13° par rapport à l'axe d'observation. 5. Luminaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que 30 l'alignement comprend 32 diodes électroluminescentes (S1-S32) présentant un espacement (e) entre elles d'au moins 0.7 cm.