Brevet FR3046215A1 — publié le 20170630

CONFIGURATION DE L'INTENSITE DES SOURCES DE LUMIERE COMPOSANT UN SYSTEME D'ECLAIRAGE DOMAINE DE L'INVENTION L'invention est relative à un système d'éclairage composé de plusieurs sources de lumières différentes. Plus particulièrement, elle concerne la configuration de l'intensité de chacune de ces sources afin d'approcher un spectre perçu de référence. CONTEXTE DE L'INVENTION De nombreuses sources lumineuses existent sur le marché. Chacune est caractérisée par une intensité lumineuse et un spectre lumineux, très souvent modélisé par sa température de couleur faisant référence à un corps noir chauffé entre 1500 et 10000 K qui fournirait, dans le domaine de la lumière visible, un spectre d'émission similaire à celui d'une lampe. Ces sources existantes offrent un choix important aux utilisateurs, mais incomplet puisqu'il n'y a aucune garantie que pour un spectre de référence donné une source lumineuse existe sur le marché. En outre, ces sources lumineuses sont statiques et ne peuvent pas être configurées pour fournir un spectre de référence. A fortiori, il n'est pas possible de prendre en compte un contexte colorimétrique ambiant pour configurer les sources lumineuses du marché afin d'obtenir le spectre de référence souhaité. Le spectre de référence souhaité peut par exemple être le spectre solaire. On définit alors l'indice de rendu colorimétrique, IRC, comme étant maximal lorsque l'oeil humain considère un objet éclairé par la lumière du soleil. Les sources lumineuses peuvent arriver à des IRC élevés mais pas 3046215 2 selon toutes les technologies. Ainsi, les LED (Light Emitting Diodes) blanches arrivent en général à des IRC de l'ordre de 65 pour les plus répandues, et dépassent rarement les 85. En outre, si une source lumineuse tierce est présente, il n'est plus 5 possible d'adapter la source lumineuse principale afin d'obtenir un spectre global ayant un IRC suffisamment élevé. Il existe par conséquent de multiples raisons pour chercher à améliorer la situation. 10 RESUME DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de fournir un procédé de configuration d'un système d'éclairage palliant au moins partiellement les 15 inconvénients précités. A cette fin, la présente invention propose un procédé de configuration d'un système d'éclairage comportant un ensemble d'au moins 3 sources lumineuses ayant des spectres différents, Si(X), comportant une étape de détermination automatique des intensités cp, de chacune des sources 20 lumineuses dudit ensemble en minimisant une distance entre un spectre de référence SR(X) et un spectre synthétique, Ss(X), déterminé par la somme des spectres, Si(X), de chaque source dudit ensemble pondéré par lesdites intensités (pi. 25 Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes qui peuvent être utilisées séparément ou en combinaison partielle entre elles ou en combinaison totale entre elles : - la distance est calculée entre une perception PR,J(X) correspondant 30 audit spectre de référence et une perception Pi(X) correspondant audit 3046215 3 spectre synthétique, lesdites perceptions étant considérées sur un ensemble de détecteurs d'un observateur donné; - le spectre de référence correspond au spectre solaire; - l'observateur donné est un oeil humain; 5 - les perceptions sont déterminées par le produit desdits spectres et de sensibilités, cii(X), associées à chacun desdits détecteurs. - la perception du spectre synthétique est fournie par l'équation : 00 Pi = f S s (2) - cs j(2) - 0 et la perception du spectre de référence est fournie par l'équation : 00 10 PR,J= f S '(2) - j(2) - 0 dans lesquelles X représente la longueur d'onde; - la minimisation de ladite distance est mise en oeuvre par une méthode des moindres carrés; - les sources lumineuses sont des LED; 15 Un autre objet de l'invention concerne un système d'éclairage comportant un ensemble d'au moins 3 sources lumineuses ayant des spectres différents et des intensités configurées individuellement par un procédé tel 20 que précédemment défini. Les sources lumineuses peuvent être combinées au sein d'une même ampoule. L'invention permet donc la maîtrise du spectre lumineux de l'éclairage 25 par l'association judicieuse de différentes sources dont la combinaison des spectres individuels permet de fournir le spectre de référence recherché ou son équivalent du point de vue du système d'observation. 3046215 4 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés. 5 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 représente schématiquement un exemple de système d'éclairage selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 représente schématiquement un autre exemple de système 10 d'éclairage selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 3 représente schématiquement la sensibilité spectrale des trois types de détecteurs, les cônes de l' oeil humain La figure 4 représente schématiquement la comparaison entre un spectre de référence et un spectre synthétique d'un système d'éclairage 15 configuré selon un mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Selon l'invention, le système d'éclairage à configurer comporte un 20 ensemble d'au moins 3 sources lumineuses ayant des spectres différents. L'invention ne concerne pas la détermination de l'ensemble des trois sources lumineuses, mais vise, à partir d'un ensemble de sources lumineuses donné, à déterminer la meilleure configuration, c'est-à-dire les puissances ou 25 intensités respectives de chacune des sources de l'ensemble. Les sources peuvent être choisies spécifiquement pour un rendu particulier, ou peuvent tout simplement être celles à disposition. Le système d'éclairage peut posséder davantage de sources lumineuses, et certaines 30 peuvent avoir des spectres identiques ou très voisins, mais il est important 3046215 5 qu'au moins 3 d'entre elles aient des spectres suffisamment distincts afin d'obtenir de meilleures performances. Les sources lumineuses doivent pouvoir être contrôlées par un organe 5 de commande afin d'individuellement configurer leur intensité. Comme on le verra ultérieurement, c'est par la bonne configuration des intensités de chacune des sources que le système d'éclairage peut s'approcher d'un spectre de référence (ou de consigne) avec une marge minimale. 10 Le système d'éclairage peut être mis en oeuvre de différentes façons. La figure 1 illustre un premier mode de réalisation qui consiste à disposer de sources lumineuses indépendantes L1, L2, L3, réparties dans l'espace (par exemple, dans une pièce) et dont les faisceaux sont orientés de sorte à créer une zone de recouvrement Z au sein de laquelle le spectre de 15 lumière est au plus proche du spectre de référence. La figure 2 illustre un second mode de réalisation selon lequel le système d'éclairage est composé d'une structure L, rigide ou non, permettant de rendre solidaires les différentes sources lumineuses Ll, L2, L3. La structure L permet d'orienter les faisceaux lumineux de chaque source afin 20 de créer une zone de recouvrement Z la plus importante possible, au sein de laquelle le spectre de lumière est au plus proche du spectre de référence. Dans un autre mode de réalisation, les sources lumineuses sont combinées au sein d'une même ampoule. La zone de recouvrement des différentes sources est alors très importante. 25 Différentes technologies sont possibles pour mettre en oeuvre les sources lumineuses. Il peut notamment s'agir de LEDs (Light Emitting Diodes). 30 Chacune des sources de lumières L, peut être caractérisée par une intensité y, et un spectre S,(X), où X représente la longueur d'onde. 3046215 6 Ainsi, le spectre synthétique Ss(X) d'un système d'éclairage composé de n sources lumineuses L1, L2, L3,... L1,...L', peut s'écrire comme la somme des spectres Si(X) de chacune de ces sources, pondérés par leurs intensités (pi. On peut donc écrire : 5 Ss (2) = ço - St (2) t=i On définit par ailleurs des courbes de sensibilité cii(X) de l'observateur en fonction de la longueur d'onde X. L'observateur est typiquement composé d'un ensemble de détecteurs définissant un ensemble de canaux. 10 Ainsi l'oeil humain, considéré comme un observateur, dispose d'un ensemble de groupes j de détecteurs, chaque groupe possédant une courbe de sensibilité propre cii(X). 11 en va notamment de même des capteurs numériques. Ainsi, la perception Pi sur un canal j d'un observateur peut se définir 15 par : 00 Pi = f Ss (2) - 6J (2) - L'invention vise à minimiser une distance entre un spectre de référence SR(X) et le spectre synthétique Ss(X). La minimisation de la 20 distance d(X) = d(SR(X),Ss(X)) consiste à déterminer la meilleure combinaison d'intensités (pi, avec iE [1,n] et n le nombre de sources lumineuses. Selon un mode de réalisation, la distance est une distance entre la 25 perception PR,3 correspondant au spectre de référence et la perception Pi correspondant au spectre synthétique pour un observateur donné. 00 PR 'SR (2) - 0- j (2) - 3046215 7 La distance doit alors être considérée globalement, c'est-à-dire pour l'ensemble des canaux j. La distance peut être une distance euclidienne sur l'espace des paramètres (pi. Auquel cas, le problème consiste à rechercher l'ensemble des intensités, 1 (pi, (p2, 5 Autrement dit, il s'agit de minimiser une fonction A((pi, (p2, (P3 )= *\/(PR,)- Pif Différentes techniques peuvent être utilisées pour résoudre un tel problème d'optimisation et l'invention ne dépend pas d'une méthode particulière. A titre d'exemple, la méthode des moindres carrés peut être 10 utilisée. Le spectre de référence peut être le spectre solaire. L'observateur peut être l'oeil humain. En ce cas, l'invention permet de maximiser l'IRC, l'indice de rendu de couleurs. 15 La figure 3 montre la sensibilité spectrale des trois types de détecteurs, les cônes de l'oeil humain, qui permettent la sensation de couleur. Ces détecteurs correspondent à trois canaux, R, V, B pour, respectivement, les couleurs rouge, vert et bleu, et sont associés à trois sensibilités GR(X), Gv(X), 6B(X) donnant les trois courbes de la figure. L'échelle de la figure est 20 logarithmique. On peut noter que la gamme spectrale des cônes rouges et verts d'une part et celle des cônes bleus d'autre part sont très différentes. Un écart dans la gamme spectrale des cônes bleus a un impact bien moindre sur le rendu colorimétrique. Il est ainsi possible, selon un mode de réalisation de 25 l'invention, de prendre en compte cette information pour déterminer la perception globale Ps(X). Dans l'exemple illustré par la figure 4, trois sources lumineuses, L1, L2, L3 ont été choisies avec des spectres caractérisés par les températures de 30 couleurs respectives de 10000K, 4500K et 3000K. 3046215 8 Le procédé de l'invention permet de configurer le système composé de ces sources en déterminant les intensités relatives. Le nuage de points représente des mesures du spectre de référence, par exemple du spectre solaire, et la courbe C la combinaison des sources 5 lumineuses L1, L2, L3 configurées en intensité par le procédé selon l'invention en prenant en compte la sensibilité de l'oeil. On remarque que les caractéristiques de l'oeil humain ont été prises en compte et notamment la plus faible sensibilité des détecteurs bleus, ainsi qu'il a été vu dans la figure 3. La prise en compte de la sensibilité des 10 canaux de détection est déterminante dans le cas d'une application visant à garantir un bon IRC. Le tableau suivant montre des résultats expérimentaux effectués selon un mode de réalisation de l'invention. 15 Lampe Angle d'éclairage IRC Moyenne lampe Moyenne totale 0 96,87 A 20 96,91 96,91 40 96,94 0 96,83 B 20 96,87 96,85 40 96,85 96,70 0 96,65 C 20 96,69 96,72 40 96,83 0 95,98 D 20 96,36 96,33 40 96,64 Ces résultats montrent que les résultats restent stables même si on s'écarte d'un angle de 40° par rapport à l'axe du système. 3046215 9 L'IRC moyen pour ces 4 systèmes d'éclairage de test est de 96,70, ce qui est un résultat excellent par rapport aux solutions de l'état de l'art de la technique. 5 En outre, contrairement à une LED « blanche » conforme à l'état de l'art qui combine 3 LEDs colorés en une seule, le système d'éclairage selon l'invention combine plusieurs sources indépendantes dont l'ouverture angulaire peut être ajustée individuellement. Ainsi, le recouvrement spatial des champs illuminés par chacune des sources lumineuses peut être optimisé 10 (alors qu'il n'est qu'un compromis avec les LEDs blanches de l'état de l'art). Le procédé selon l'invention permet ainsi de définir de façon déterministe la meilleure combinaison de sources lumineuses élémentaires 15 pour simuler un rendu équivalent à celui d'un spectre de référence. Le principe a été validé théoriquement avec trois sources définies par la loi de Planck dans le cas d'une optimisation d'IRC. Transposé au cas de LEDs, la mesure d'un IRC supérieur à 96 démontre la pertinence de l'approche. Bien évidemment, le principe validé ici avec 3 LEDs est généralisable à un 20 nombre plus important de sources lumineuses. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et au mode de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. 25 REVENDICATIONS1. Procédé de configuration d'un système d'éclairage comportant un ensemble d'au moins 3 sources lumineuses (Li) ayant des spectres différents (S,(X)), comportant une étape de détermination automatique des intensités (q),) de chacune des sources lumineuses dudit ensemble en minimisant une distance entre un spectre de référence (SR(X)) et un spectre synthétique (Ss(X)) déterminé par la somme des spectres (S,(X)) de chaque source (Li) dudit ensemble pondéré par lesdites intensités (q),). 2. Procédé de configuration selon la revendication précédente, dans lequel ladite distance est calculée entre une perception (PR,i(X)) correspondant audit spectre de référence et une perception (Pi(X)) correspondant audit spectre synthétique, lesdites perceptions étant considérées sur un ensemble de détecteurs (j) d'un observateur donné. 3. Procédé de configuration selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit spectre de référence correspond au spectre solaire. 4. Procédé de configuration selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel ledit observateur donné est un oeil humain. 5. Procédé de configuration selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel lesdites perceptions sont déterminées par le produit desdits spectres et de sensibilités (ai(X)) associées à chacun desdits détecteurs. 6. Procédé de configuration selon la revendication précédente, dans lequel ladite perception du spectre synthétique est fournie par l'équation : 00 Pi = f S s (2) - cs j (2) - 0 et ladite perception du spectre de référence est fournie par l'équation : 3046215 11 00 PR SR (2) - 6J (2) - d/1, 0 dans lesquelles X représente la longueur d'onde. 7. Procédé de configuration selon l'une des revendications précédentes 5 dans lequel la minimisation de ladite distance est mise en oeuvre par une méthode des moindres carrés. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites sources lumineuses sont des LEDs. 9. Système d'éclairage (S) comportant un ensemble d'au moins 3 sources lumineuses (Li) ayant des spectres différents (Si(X)) et des intensités configurées individuellement par un procédé selon l'une des revendications précédentes. 10. Système d'éclairage dans lequel lesdites sources lumineuses sont combinées au sein d'une même ampoule. 10 15 20