Brevet FR2987462A1 — publié le 20130830

DISPOSITIF D'ECLAIRAGE GENERANT UNE SPHERE VIRTUELLE DE LUMIERE CHAMP D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif d'éclairage non agressif pour les yeux, de très faible épaisseur à économie d'énergie et sans point chaud caractérisé en ce qu'il produit une enveloppe de lumière virtuelle de forme sphérique pour susciter une interactivité sans contact matériel avec la lumière. L'invention intéresse la décoration et l'éclairage d'ambiance. En raison de sa faible épaisseur, le dispositif 10 selon l'invention pourra s'encastrer aisément dans des cloisons ou au niveau du sol à l'intérieur de caissons existants dont les formats sont normalisés. En outre il pourra constituer une bloc pour être ensuite intégré dans des ensemble design pour une application au luminaire décoratif. En raison de son faible dégagement de chaleur et de sa faible épaisseur, l'invention peut-être utilisée comme 15 produits interactifs pour l'éclairage architecturale, la scénographie de stand, l'habillage de cloisons, de faux plafonds etc. L'invention s'applique aussi à la Luminothérapie. L'invention peut en outre constituer un élément immobilier (intégration dans le sol ou dans un mur) ou un élément mobilier (fixation à une vitrine, dans un sol temporaire...) Elle trouvera un intérêt notamment dans 20 l'architecture d'intérieure. Le dispositif selon l'invention comporte un système d'éclairage 2 diffusant par le biais d'une dalle diffusante 3 une lumière non homogène 5, l'ensemble étant combiné avec un doublet de lentilles de Fresnel la, lb spéciales modifiées 1, Le dispositif selon l'invention comprend en outre: 25 - Des sources de lumière 2 placées de façon latérale au niveau des bords d'un doublet de lentilles de Fresnel 1, les sources 2 illuminent 4 de façon non homogène simultanément une dalle de diffusion 3 et un doublet 1 dans le but de mettre en relief l'effet de sphère virtuelle de lumière 6 produit par le doublet de lentilles de Fresnel 1, - Une dalle de diffusion 3 est choisis pour ses propriétés optimales de diffusion de la lumière 5 de façon 30 symétrique par rapport à l'axe optique 11 du doublet 1, il pourra s'agir d'une dalle acrylique ou d'une dalle microstructurée étudiée pour répartir de façon surfacique la lumière 4 issue des sources de lumière 2 placées latéralement, ETAT DE LA TECHNIQUE 35 Il existe des systèmes exploitant des lentilles de Fresnel en vue de produire des images lumineuses en 3 dimensions. La plupart de ces systèmes se composent d'une source (un écran, une dalle OLED, un système de vidéo projection) et de plusieurs lentilles de Fresnel assemblées en double condenseur. Cette méthode permet de corriger les problèmes de distorsion causés par de simples lentilles positives. Ces montages 40 imposent systématiquement une distance minimale entre les sources et les lentilles (au moins égale à la longueur focale) de façon à ce que soit formée une image réelle non déformée. L'épaisseur de ces systèmes est pour des tailles d'ouverture similaires 5 à 6 fois supérieure ce qui les rends difficilement exploitable dans le cadre d'une application commerciale pour l'éclairage (en raison de l'épaisseur des cloisons dont le standard et d'environ 120mm) Ces assemblages ne rentrent pas dans le domaine d'application de la présente invention car ils imposent un encombrement spécifique non applicable pour les domaines visés par l'invention. L'objectif de l'invention est de s'insérer dans ce standard afin de couvrir un champ plus large d'applications. Enfin ces assemblages ne mentionnent pas la plupart des cas une utilisation pour l'éclairage et le dimension interactive n'est mentionnée que dans le cadre d'une application vidéo et pour d'autres formats. Il existe par ailleurs des dispositifs employant des lentilles de Fresnel microstructurées pour diffuser de la lumière. Ces dispositifs ont pour fonction d'utiliser les lentilles de Fresnel comme réflecteur ou diffuseur et non en vue d'obtenir des effets visuels de nature interactifs. En outre, il existe une classe de dalle de Fresnel générant des distorsions sphériques, mais l'effet produit n'est pas optimal de sorte qu'il ne remplit pas l'objectif de l'invention, à savoir créer un effet accentué de sphère virtuelle en vue de susciter une interaction au niveau d'un support mobilier ou immobilier intégré dans le sol ou dans un mur. Les système rencontrés n'intègre pas le couplage détection optique/ interactivité/génération optique (par un seul et même medium) L'interactivité dans contact matériel en vue de moduler une source virtuelle de lumière à l'aide de capteur n'est mentionnée que dans le cas d'un contact matériel sur des supports (par transfert électrostatique au niveau de la peau) L'invention propose enfin une solution pour coupler un système de diffusion de la lumière allié à un système concentrateur de faisceaux sur une dalle hybride de photo-conversion électrique et d'émission de lumière. RESUME DE L'INVENTION Le dispositif selon l'invention permet de réaliser de façon compacte et intégrable dans des installations existantes un système d'éclairage produisant l'effet d'une sphère de lumière virtuelle avec des possibilités d'interactivité sans contact matériel. L'invention comprend des lentilles de Fresnel modifiées pour réaliser une sphère virtuelle dont le contraste et la luminosité sont accrus par un système d'éclairage non homogène. La non homogénéisation du système d'éclairage permet simultanément de réduire l'épaisseur du système dans le cas où les sources sont placées de façon latérale entre la dalle diffusante et le doublet de lentilles de Fresnel mofiées. Les lentilles de Fresnel spécialement conçues pour l'invention ont pour caractéristique de former un cône de vision qui enveloppe une sphère virtuelle de lumière tangente au système optique. Le système optique peut remplir simultanément la fonction de concentrateur de faisceaux pour une application de détection infra rouge en vue de réaliser une interactivité avec des variateurs analogiques numériques reliés aux sources de lumière.35 DESCRIPTION DETAILLEE DES CHAMPS D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention s'applique particulièrement à l'éclairage d'ambiance, à l'architecture d'intérieure pour des intégrations au sein de cloisons, de sol, d'éléments mobiliers ou immobiliers. L'invention peut 5 s'appliquer à la luminothérapie par utilisation de sources pour la luminothérapie. La présente invention peut-être intégrée dans le sol afin que soit réalisée une interactivité ou pour une lampe à poser. L'invention peut-être exploitée pour réaliser des « chemins de lumière » ludique qui intéressent le monde du tourisme et les musées. Enfin des applications variées interactives peuvent être adaptées pour une application à l'apprentissage par biofeedback (rétroaction capteur de mouvement dans l'espace, lumière, 10 action...) L'invention pourra se caractériser selon les objets suivants : Un premier objet de la présente invention consiste en ce que les moyens pour la production d'une sphère virtuelle sont de type optiques et sont réalisés à partir d'une lentille de Fresnel modifiée, 15 Un deuxième objet de l'invention consiste en que la dalle optique est un substrat de silicone formé sur une dalle en verre servant de support, - Un troisième objet de la présente invention consiste en ce qu'elle comprend une dalle diffusant la lumière opaque, transparente ou translucide, ou comprenant des éléments autres tels qu'une dalle OLED, un filtre diffusant en acrylique ou en verre (opale, sablé), 20 Un quatrième objet de l'invention comprend des sources de lumière de type led, oled, toled ou fluocompacte, Un cinquième objet de la présente invention est caractérisé en ce que la dalle de diffusion de la lumière est un miroir, une dalle semi réfléchissante, une dalle peinte (avec des motifs quelconquonques de couleurs quelconques pour une application artistique), une dalle avec une 25 structure de surface périodique ou aléatoire: verre dépolis, verre structuré, surface de cristaux de verre, surface de billes de verre ou de polymère translucide, usage de liquides et de colorants, Un sixième objet de la présente invention consiste en ce qu'elle comprend des capteurs de mouvement de type infra rouge, - Un septième objet de l'invention consiste en ce que l'ensemble comprend des systèmes de 30 transduction électromécanique en convertissant des vibrations en énergie électrique pour alimenter des sources de lumière, Un huitième objet de l'invention consiste en que la dalle de diffusion est combinée avec une dalle à cristaux liquide dont l'opacité est commandée par une tension électrique, Un neuvième objet de la présente invention consiste en ce que l'épaisseur du système d'éclairage 35 est à titre informatif de l'ordre de 45mm pour une dalle de 350 mm de côté lorsque les sources de lumière sont placées de façon latérale entre la dalle de diffusion de lumière et le doublet de lentilles des Fresnel , Un dixième objet de la présente invention consiste en ce que la dalle de Fresnel reçoit l'application d'un traitement en couche mince dont la fonction est de moduler la diffusion optique, 40 - Un onzième objet de la présente invention consiste en ce que les sources de lumière sont placées derrière dalle de diffusion dont la symétrie d'illumination a pour axe de symétrie l'axe optique du doublet de lentilles, - Un douzième objet de la présente invention consiste en ce que La dalle de diffusion est semi réfléchissante et est associée avec une dalle à cristaux liquides dont l'opacité est commandée par une tension électrique, dans cette configuration, le luminaire est monté dans une cloison et remplis rois fonctions : brique de verre (dalle LDC transparente) ; fonction miroir : dalle LCD opaque, fonction éclairage : source lumineuse active (OLED ou sources latérales) - Un treizième objet de la présente invention consiste en ce que la dalle de diffusion contient une alternance de colonnes rouge, vert et bleu. La largeur de ces colonnes est très faible (inférieure à 1 mm) Ladite dalle diffusante est couplée avec une dalle OLED dont l'illumination est pilotée au niveau d'un réseau de colonnes faisant face au réseau de colonnes RGB (rouge, vert bleu) de sorte que l'ensemble produise une lumière de couleur quelconque. - Un quatorzième objet de l'invention consiste en ce que la dalle de diffusion précédemment décrite fait office de dalle RGB extra plate qui associée au doublet de lentilles selon l'invention permet de réaliser un luminaire plat à variation de couleur et fonctionnant à base de technologie OLED. En se référant aux figures, le dispositif selon l'invention comprend : - Une dalle de Fresnel modifiée 1 comprenant 2 lentilles de Fresnel la et lb - Des sources 2, - Une dalle de diffusion de la lumière 3 - Une armature 10 - Des capteurs 13 - Une dalle LCD 15 (cristaux liquides) dont l'opacité est commandée par une tension électrique V - Une dalle semi réfléchissante 16 - Une dalle OLED, TOLED ou hybride (propriété photovoltaïque associée à une propriété d'émission de 25 lumière) - Des capteurs de mouvement ou des capteurs de vibration - Des convertisseurs électromécaniques de vibrations en électricité en vu d'alimenter les sources 2, - Un filtre semi translucide RGB comprenant une série de colonnes alternativement rouge, verte et bleu, - Une commande d'éclairage sélectif en colonnes d'une dalle OLED, les colonnes illuminées faisant face aux 30 colonnes du filtre précédemment décrit. - Une dalle OLED offrant un éclairage non homogène avec une symétrie d'axe central coïncidant avec l'axe optique des lentilles de Fresnel modifiées selon l'invention. Le dispositif d'éclairage selon l'invention est non agressif pour les yeux, de très faible épaisseur et peut 35 consister en un système pour éclairer à économie d'énergie. Son mécanisme de diffusion minimise la création de points chauds même à partir de l'utilisation de lampes led dépourvues d'optique de focalisation. Le dispositif selon l'invention produit une enveloppe de lumière virtuelle 6 de forme sphérique pour susciter une interactivité 7 sans contact matériel avec la lumière, Le dispositif selon l'invention comporte un système d'éclairage 2 diffusant par le biais d'une dalle diffusante 3 une lumière non homogène 5, l'ensemble étant combiné avec un doublet de lentilles de Fresnel la, lb spéciales modifiées 1. Le dispositif selon l'invention comprend en outre: - Des sources de lumière 2 placées de façon latérale au niveau des bords d'un doublet de lentilles de Fresnel 1, les sources 2 illuminent 4 de façon non homogène simultanément une dalle de diffusion 3 et un doublet 1 dans le but de mettre en relief l'effet de sphère virtuelle de lumière 6 produit par le doublet de lentilles de Fresnel 1. Mais les sources de lumière 2 pourront être positionnées derrière la dalle de diffusion 2 en vue de produire une source directe, - Une dalle de diffusion 3 est choisis pour ses propriétés optimales de diffusion de la lumière 5 de façon symétrique par rapport à l'axe optique 11 du doublet 1, il pourra s'agir d'une dalle acrylique ou d'une dalle microstructurée étudiée pour répartir de façon surfacique la lumière 4 issue des sources de lumière 2 placées latéralement, en outre la dalle de diffusion pourra être un miroir ou une dalle semi réfléchissante, - Une armature 10 qui pourra comporter des capteurs de mouvements et ou des capteurs de vibration 13, 15 13bis, 14, - Un système de transduction électromécanique des vibrations 13bis, - Un boîtier 13 de commande analogique numérique relié 14 au système de capteur de mouvement pour moduler l'intensité lumineuse ou la couleur des sources 2. En vue d'augmenter le contraste de la sphère lumineuse virtuelle 6 et de diminuer l'épaisseur globale du 20 dispositif, L'éclairage produit par les sources 2 et la dalle de diffusion 3 est inhomogène est préférentiellement de symétrie de révolution autour de l'axe optique 11 du doublet 1, Le doublet 1 de lentilles de Fresnel la, lb est placé face à la dalle de diffusion 3, le doublet 1 est conçu pour produire un cône de vision de sommet 8 produisant l'effet visuel d'une sphère virtuelle 6, 6a, 6b de lumière. 25 Plus précisément les microstructures 9 des lentilles de Fresnel la, lb qui composent le doublet 1 sont calculées en exploitant le phénomène de réfraction limite, en outre pour accentuer l'effet de sphère virtuelle 6, Lesdites lentilles de Fresnel sont modifiées au niveau de leur surface microstructurée 9 par le dépôt de couches minces pour produire une diffusion locale inhomogène des faisceaux lumineux 8a, 8b par effet de microrugosités (modèle scalaire et étude d'effet de pseudo périodicité), le doublet de lentilles de Fresnel 1 30 peut-être agencé selon différents arrangements selon le but à atteindre , notamment l'épaisseur minimale recherché du système. Le cône de vision dépend de la position de l'observateur (son axe varie) De sorte qu'en fonction de la position de l'observateur, l'enveloppe résultante des cône de visions induit une surface sphérique. A titre d'exemple on prendra une dalle optique de Fresnel de pas égal à 0.508mm (espace entre 2 spires consécutives) La loi reliant la pente des prismes à leur distance au centre sera une loi 35 approximativement linéaire pour les premiers centimètres. La dimension de la dalle sera de 320mmx320mm. L'espace entre la dalle de diffusion et le doublet de dalles de Fresnel de 45mm. En se référant à la figure 4, Le dispositif selon l'invention pourra consister en un élément s'intégrant dans un cloison en vue de produire plusieurs fonction : éléments d'éclairage, fenêtre de lumière, volet. Pour ça il comprendra une dalle de diffusion 3 associée à une dalle à cristaux liquides 15 dont l'opacité est commandée 40 par une tension électrique et une dalle semi réfléchissante 16. En outre, la dalle de diffusion 2 pourra être une dalle OLED et être translucide ou transparente ou lumineuse. Le dispositif selon cette variante pourra constituer une fenêtre lumineuse avec 3 états : éclairé, miroir (réfléchissant avec la dalle semi transparente) ou transparent.