Brevet FR3098891A1 — publié le 20210122

Description Titre de l'invention : système d'éclairage communiquant Domaine technique [0001] Le contexte technique de la présente invention est celui des systèmes d'éclairage in- telligents permettant de réaliser simultanément à un éclairage et une communication par voie lumineuse. Plus particulièrement, l'invention a trait à un système d'éclairage communiquant et à un procédé de pilotage d'un tel système d'éclairage communiquant. Etat de la technique antérieure [0002] Dans l'état de la technique, on connais des systèmes de communication par voie lumineuse, tels que ceux mettant en oeuvre la technologie LiFi (acronyme anglais pour « Light Fidelity ») qui permet de transmettre des données numériques de manière non filaire en modulant simultanément la lumière émise par des éclairages à LEDs (acronyme anglais pour « Light Ernitting Diode » signifiant Diode électroluminescente). La technologie LiFi est notamment décrite dans la norme internationale IEEE802.15. [0003] On tonnait notamment des systèmes d'éclairage LIFI qui comprennent une source lumineuse pilotée par un module de commande qui permet de réaliser une modulation lumineuse du faisceau d'éclairage généré par la source lumineuse afin de pouvoir transporter les données numériques par voie lumineuse depuis ladite source lumineuse. [0004] Un inconvénient de systèmes d'éclairage LIFI connus est qu'ils nécessitent l'utilisation d'une source lumineuse spécifique, du type d'une Diode Electroluminescente (LED, acronyme anglais pour « Light Etnitting Diode »), conduisant en outre à une consommation électrique accrue afin de générer le faisceau d'éclairage. [0005] Par ailleurs, dans certaines régions du globe dans lesquelles les infrastructures publiques de fourniture d'électricité ne sont pas suffisamment déployées et/ou les capacité de production d'énergie électrique ne sont pas fiables, l'utilisation de tels systèmes d'éclairage LIFI connus n'est pas possible. [0006] Enfin, la consommation électrique des systèmes d'éclairage connus conduit à des coûts d'utilisation qui ne sont pas toujours compatibles avec les revenus disponibles des populations susceptibles de les utiliser. Par suite, ces populations ne peuvent pas avoir accès à un réseau de télécommunication, ce qui peut représenter une grande inégalité. [0007] Un but de l'invention est de proposer un nouveau système d'éclairage communiquant afin de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d'autres avantages. [0008] Plus particulièrement, un but de l'invention est de limiter la consommation électrique 2 d'un tel système d'éclairage communiquant. [0009] Un autre but de l'invention est de réduire les coûts d'utilisation ou de maintenance d'un tel système d'éclairage communiquant. Exposé de l'invention [0010] Selon un premier aspect de l'invention, on atteint au moins l'un des objectifs précités avec un système d'éclairage communiquant comprenant (i) un dispositif optique configuré pour capter un rayon lumineux incident, le dispositif optique délivrant un signal lumineux collimaté, (ii) un dispositif optoélectronique configuré pour moduler une intensité lumineuse du signal lumineux collimaté, le dispositif optoélectronique délivrant un signal lumineux modulé, (iii) un module de commande permettant de piloter le dispositif optoélectronique, (iv) une optique de mise en forme configurée pour mettre en forme un faisceau d'éclairage à partir du signal lumineux modulé. [0011] Dans le contexte de l'invention, le système d'éclairage conforme au premier aspect de l'invention ne comprend pas de source lumineuse en tant que telle. A contrario, le système d'éclairage conforme au premier aspect de l'invention est couplé optiquement à une source de lumière extérieure qui ne fait pas partie dudit système d'éclairage : le système d'éclairage capte les rayons lumineux incidents produits par la source de lumière extérieure afin de les moduler et de les mettre en forme pour produire le faisceau d'éclairage. De manière particulièrement avantageuse, le système d'éclairage communiquant conforme au premier aspect de l'invention exploite une source de lumière naturelle afin d'en capter les rayons lumineux incidents, tel que par exemple le soleil. [0012] Ainsi, cette configuration avantageuse de l'invention selon son premier aspect permet de réduire une consommation électrique du système d'éclairage communiquant, conduisant à une réduction de ses coûts d'utilisation. [0013] Lc système d'éclairage communiquant conforme au premier aspect de l'invention comprend avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison : [0014] - l'optique de mise en forme est du type d'un luminaire d'intérieur ou d'extérieur, tel que par exemple un lampadaire, un plafonnier, une applique, une lampe à poser ou encore une lampe portative. D'une manière générale, l'optique de mise en forme peut être de n'importe quel type et adaptée à toute sorte d'utilisation ; [0015] - le système d'éclairage communiquant comprend un premier guide de lumière couplant optiquement le dispositif optique et le dispositif optoélectronique afin de transporter le signal lumineux collimaté vers le dispositif optoélectronique ; [0016] - le système d'éclairage communiquant comprend un deuxième guide de lumière 3 couplant optiquement le dispositif optoélectronique et l'optique de mise en forme afin de transporter le signal lumineux modulé vers l'optique de mise en forme ; [0017] - le premier et/ou le deuxième guide de lumière est avantageusement du type d'une fibre optique ; [0018] - le dispositif optique du système d'éclairage communiquant conforme au premier aspect de l'invention est configuré pour collimater et/ou pour concentrer les rayons lumineux incidents vers le dispositif optoélectronique. En particulier, le dispositif optique est avantageusement du type d'un collecteur de lumière solaire ; [0019] - le collecteur de lumière solaire comprend une pluralité de lentilles de Fresnel ; [0020] - le dispositif optique comprend au moins un actionneur configuré pour pouvoir orienter le collecteur de lumière solaire en direction du soleil. Plus particulièrement, le collecteur solaire est monté mobile en rotation selon une première rotation dite déclinaison et selon une deuxième rotation dite ascension droite, un axe de la première rotation étant sensiblement perpendiculaire à un axe de la deuxième rotation. De manière avantageuse, chaque axe de rotation est piloté par un actionneur afin de contrôler la position et/ou l'orientation du dispositif optique ; [0021] - le dispositif optoélectronique est du type d'au moins une cellule à effet Pockels ; [0022] - le module de commande est configuré pour piloter le dispositif optoélectronique afin de moduler l'intensité lumineuse du signal lumineux collimaté en fonction de données numériques à transmettre. Ainsi, le dispositif optoélectronique est un convertisseur numérique-optique piloté de manière à générer le signal lumineux modulé en fonction des données numériques à transmettre. Consécutivement, le signal lumineux modulé est porteur d'une information numérique correspondante aux données numériques à transmettre. Par suite, le signal lumineux modulé étant transmis vers l'optique de mise en forme, le faisceau d'éclairage est lui-même modulé et porteur des données numériques à transmettre. De manière particulièrement avantageuse, le module de commande pilote le dispositif optoélectronique de manière à réaliser une modulation lumineuse compatible avec la norme LIFI telle que décrite par exemple dans la norme 802.11bb. A titre d'exemples non limitatif, une modulation de type LIFI est obtenue par l'intermédiaire de protocoles de modulation du type tout ou rien (00K pour « On-Off Keying » en anglais) ou du type modulation en position variable d'impulsion (VPPM pour « Variable Pulse Position Modulation » en Anglais) ; [0023] - le système d'éclairage communiquant comprend une source de lumière complé- mentaire couplée optiquement à l'optique de mise en forme et pilotée par le module de commande, le module de commande étant configuré pour moduler la source de lumière complémentaire. La source de lumière complémentaire est une source de lumière additionnelle et optionnelle au système de commande conforme au premier aspect de l'invention ; [0024] - le système d'éclairage comprend un troisième guide de lumière permettant de coupler optiquemcnt la source de lumière complémentaire à l'optique de mise en forme. Le troisième guide de lumière est avantageusement du type d'une fibre optique ; [0025] - de manière avantageuse, le module de commande est configuré pour piloter la source de lumière complémentaire afin d'en moduler une intensité lumineuse en fonction de données numériques à transmettre. Ainsi, la source lumineuse est pilotée de manière à générer un autre signal lumineux modulé en fonction des données numériques à transmettre. Consécutivement, l'autre signal lumineux modulé est porteur d'une information numérique correspondante aux données numériques à transmettre. Par suite, l'autre signal lumineux modulé étant transmis vers l'optique de mise en forme, le faisceau d'éclairage est lui-même modulé et porteur des données numériques à transmettre. De manière particulièrement avantageuse, le module de commande pilote la source lumineuse de manière à réaliser une modulation lumineuse compatible avec la norme LIFT telle que décrite précédemment ; [0026] - dans le cas où le système d'éclairage communiquant comprend la source de lumière complémentaire, alors le système d'éclairage comprend un commutateur configuré pour sélectivement coupler optiquemcnt l'optique de mise en forme avec la source lumineuse et/ou avec le dispositif optoélectronique. Cette configuration avantageuse permet à un utilisateur de choisir entre un éclairage communiquant généré à partir d'une source de lumière extérieure par exemple - si disponible - ou alors de basculer sur un éclairage communiquant à partir de la source de lumière complémentaire incluse dans le système d'éclairage conforme à l'invention. Cette configuration conduit à plus de modularité dans son utilisation. [0027] Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'éclairage à l'aide du système d'éclairage conforme au premier aspect de l'invention ou selon l'un quelconque de ses perfectionnements, dans lequel le procédé d'éclairage comprend une étape de commutation sélective de l'optique de mise en forme avec la source de lumière complémentaire ou avec le dispositif optoélectronique afin de coupler optiquement ladite optique de mise en forme avec respectivement ladite source de lumière complémentaire ou ledit dispositif optoélectronique et afin de générer un faisceau d'éclairage. [0028] Ainsi, le procédé d'éclairage permet à un utilisateur de choisir entre deux sources de lumière possible pour disposer d'un éclairage communiquant : soit la source de lumière complémentaire intégrée dans le système d'éclairage soit la source de lumière extérieure par l'intermédiaire du dispositif optoélectronique. Cette configuration avantageuse permet ainsi de disposer d'un éclairage communiquant pouvant fonctionner à la fois en journée et durant la nuit, grâce à la commutation sélective de la source de lumière complémentaire à coupler optiquement avec l'optique de mise en forme. [0029] Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici. Description des figures [0030] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d'une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d'autre part, sur lesquels : [0031] [fig.1] illustre une vue schématique du système d'éclairage conforme au premier aspect dc l'invention ; [0032] [fig.2] illustre un diagramme du procédé d'éclairage conforme au deuxième aspect de l' invention. [0033] Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réa- lisation dc l'invention peuvent êtrc associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. [0034] En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont com- binables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. [0035] Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence. Description détaillée de l'invention 100361 En référence à la FIGURE 1, un exemple de réalisation schématique du système d'éclairage communiquant 1 conforme au premier aspect de l'invention est décrit. Un tel système d'éclairage communiquant comprend (i) un dispositif optique 10 configuré pour capter un rayon lumineux incident, le dispositif optique 10 délivrant un signal lumineux collimaté, (ii) un dispositif optoélectronique 11 configuré pour moduler une intensité lumineuse du signal lumineux collimaté, le dispositif optoélectronique 11 délivrant un signal lumineux modulé, (iii) un module de commande 12 permettant au moins de piloter le dispositif optoélectronique 11, et (iv) une optique de mise en forme 14 configurée pour mettre en forme un faisceau d'éclairage E à partir du signal lumineux modulé. 6 [0037] Ainsi, le système d'éclairage communiquant 1 est couplé optiquement à une source lumineuse qui ne fait pas partie dudit système d'éclairage communiquant 1 : le système d'éclairage communiquant 1 conforme au premier aspect de l'invention exploite une source lumineuse extérieure S, telle que le Soleil, afin d'en capter les rayons lumineux incidents par l'intermédiaire du dispositif optique 10. Ces rayons lumineux incidents sont ensuite modulés grâce au dispositif optoélectronique 11 et au module de commande afin de générer une modulation d'intensité du faisceau d'éclairage E produit par l'optique de mise en forme 14. [0038] Le dispositif optique 10 est configure pour collimater et/ou pour concentrer les rayons lumineux incidents généré par la source lumineuse extérieure S vers le dispositif optoélectronique 11 afin de pouvoir les moduler. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la FIGURE 1, le dispositif optique 10 est du type d'un collecteur de lumière solaire : il comprend une pluralité de lentilles de Fresnel 101 permettant de capter efficacement les rayons lumineux incidents. [0039] Complémentairement, le dispositif optique 10 comprend au moins un actionneur 102 configure pour pouvoir orienter Dl, D2 le collecteur de lumière solaire en direction de la lumière extérieure S. Plus particulièrement, le collecteur solaire est monté mobile en rotation selon une première rotation Dl dite déclinaison et selon une deuxième rotation D2 dite ascension droite, un axe de la première rotation étant sensiblement perpendiculaire à un axe de la deuxième rotation. A titre d'exemple non limitatif, le dispositif optique 10 comprend ainsi un premier actionneur permettant de faire pivoter le collecteur de lumière solaire selon la première rotation Dl et un deuxième actionneur permettant de faire pivoter le collecteur de lumière solaire selon la deuxième rotation D2. Le premier et/ou le deuxième actionneur sont par exemple du type d'un moteur électrique. [0040] L'optique de mise en forme 14 et/ou le système d'éclairage communiquant 1 peuvent prendre n'importe quelle forme en fonction des usages attendus du système d'éclairage communiquant 1, tel que par exemple un luminaire d'intérieur ou d'extérieur, statique ou transportable. [0041] Afin de coupler optiquement le dispositif optique 10 avec le dispositif optoélec- tronique 11, le système d'éclairage communiquant 1 comprend un premier guide de lumière 16A couplant optiquement ledit dispositif optique 10 et ledit dispositif optoélectronique 11. [0042] De manière analogue, afin de coupler optiquement le dispositif optoélectronique 11 avec l'optique de mise en forme 14, le système d'éclairage communiquant 1 comprend un deuxième guide de lumière 16B couplant optiquement dispositif optoélectronique 11 avec ladite optique de mise en forme 14. [0043] De manière avantageuse, le premier 16A et/ou le deuxième 16B guide de lumière est 7 du type d'une fibre optique. [0044] Dans le contexte de l'invention, le dispositif optoélectronique 11 est préféren- tiellement du type d'au moins une cellule à effet Pockels. [0045] Comme évoqué précédemment, le module de commande 12 est configure pour piloter le dispositif optoélectronique 11 afin de moduler l'intensité lumineuse du signal lumineux collimaté en fonction de données numériques à transmettre. Ainsi, c'est le module de commande 12 et le dispositif optoélectronique 11 qui permettent, à partir de la source de lumière extérieure S, de transformer - c'est-à-dire de moduler - l'intensité lumineuse de ladite source de lumière extérieure S afin d'intégrer les données numériques. A cet effet, le module de commande 12 est avantageusement connecté à un serveur distant et/ou à internet, et il comprend à cet effet des moyens de communication filaire ou sans fils. [0046] De manière particulièrement avantageuse, le module de commande 12 pilote le dispositif optoélectronique 11 de manière à réaliser une modulation lumineuse compatible avec la norme LIFT telle que décrite par exemple dans la norme 802.11bb. [0047] A titre d'exemples non limitatifs, une modulation de type LIFI est obtenue par l'intermédiaire de protocoles de modulation du type tout ou rien (00K pour « On-Off Keying » en anglais) ou du type modulation en position variable d'impulsion (VPPM pour « Variable Pulse Position Modulation » en Anglais). Cette modulation est réalisée par le module de commande 12 et/ou le dispositif optoélectronique 11. [0048] Afin d'améliorer les capacités d'éclairage du système d'éclairage communiquant 1 conforme au premier aspect de l'invention, il peut être recherché d'ajouter une source de lumière complémentaire 13 dans ledit système d'éclairage communiquant 1. Contrairement à l'invention, cette source de lumière complémentaire 13 est associée au dispositif optique 10 et au dispositif optoélectronique 11 afin de coupler le système d'éclairage communiquant 1 à la source de lumière extérieure S. En d'autres termes, la source de lumière complémentaire 13 n'est jamais présente dans le système d'éclairage communiquant 1 sans le dispositif optique 10 et le dispositif optoélectronique 11 : il ne s'agit que d'une solution d'éclairage complémentaire. [0049] La source de lumière complémentaire 13 du système d'éclairage communiquant 1 est couplée optiquement à l'optique de mise en forme 14 et pilotée par le module de commande 12 pour moduler la source de lumière complémentaire 13 de manière à générer un faisceau d'éclairage E modulé en fonction de données numériques à transmettre., par exemple du type LIFI tel que détaillé précédemment. [0050] Afin de coupler optiquement la source de lumière complémentaire 13 à l'optique de mise en forme 14, le système d'éclairage communiquant 1 comprend un troisième guide de lumière 16C reliant optiquement ladite source de lumière complémentaire 13 à ladite optique de mise en forme 14. Le troisième guide de lumière 16C est avanta- 8 geusement du type d'une fibre optique. [0051] Le système d'éclairage communiquant 1 comprend avantageusement un com- mutateur 15 configure pour sélectivement coupler optiquement l'optique de mise en forme 14 avec la source de lumière complémentaire 13 et/ou avec le dispositif optoélectronique 11. [0052] En référence à la FIGURE 2, une représentation schématique du procédé d'éclairage 2 conforme au deuxième aspect de l'invention est décrit. Le procédé d'éclairage 2 permet de piloter un système d'éclairage communiquant 1 tel que décrit précédemment lorsque ledit système d'éclairage communiquant 1 comprend la source de lumière complémentaire 13 et le commutateur 15. En effet, le commutateur 15 peut être piloté sélectivement afin de prendre l'une des deux configurations suivantes : [0053] - une configuration d'éclairage dite passif 22 dans laquelle le dispositif optique 10 est couplé optiquement à l'optique de mise en forme 14 afin d'utiliser la source de lumière extérieure S comme source lumineuse pour générer le faisceau d'éclairage E modulé par le module de commande 12 et/ou le dispositif optoélectronique 11 ; ou [0054] - une configuration d'éclairage dite active 21 dans laquelle la source de lumière com- plémentaire 13 est couplée optiquement à l'optique de mise en forme 14 afin de générer le faisceau d'éclairage E modulé par le module de commande 12. [0055] En synthèse, l'invention concerne un système d'éclairage communiquant 1 qui, plutôt que d'utiliser une source de lumière pour générer un faisceau d'éclairage E dont une intensité lumineuse est modulée afin de pouvoir transmettre des données, capte des rayons incidents d'une source de lumière extérieure S par l'intermédiaire d'un dispositif optique 10. Le système d'éclairage communiquant 1 comprend en outre un dispositif optoélectronique 11 et une optique de mise en forme afin de pouvoir générer le faisceau d'éclairage E. [0056] Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] REVENDICATIONSSystème d'éclairage communiquant (1) comprenant : - un dispositif optique (10) configuré pour capter un rayon lumineux incident, le dispositif optique (10) délivrant un signal lumineux collimaté ; - un dispositif optoélectronique (11) configuré pour modifier une intensité lumineuse du signal lumineux collimaté, le dispositif optoélectronique (11) délivrant un signal lumineux modulé ; - un module de commande (12) permettant de piloter le dispositif optoélectronique (11) ; - une optique de mise en forme (14) configurée pour mettre en forme un faisceau d'éclairage (E) à partir du signal lumineux modulé. Système d'éclairage communiquant (1) selon la revendication précédente, dans lequel le système d'éclairage communiquant (1) comprend un premier guide de lumière (16A) couplant optiquement le dispositif optique (10) et le dispositif optoélectronique (11) afin de transporter le signal lumineux collimaté vers le dispositif optoélectronique (11). Système d'éclairage communiquant (1) selon la revendication précédente, dans lequel le système d'éclairage communiquant (1) comprend un deuxième guide de lumière (16B) couplant optiquement le dispositif optoélectronique (11) et l'optique de mise en forme (14) afin de transporter le signal lumineux modulé vers l'optique de mise en forme (14). Système d'éclairage communiquant (1) selon la revendication précédente, dans lequel le premier (16A) et/ou le deuxième (16B) guide de lumière est du type d'une fibre optique. Système d'éclairage communiquant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif optique (10) est configuré pour collimater et/ou pour concentrer les rayons lumineux incidents vers le dispositif optoélectronique (11) Système d'éclairage communiquant (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif optique (10) est du type d'un collecteur de lumière solaire. Système d'éclairage communiquant (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif optoélectronique (11) est du type d'au moins une cellule à effet Pockels. 10 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] Système d'éclairage communiquant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module de commande (12) est configuré pour piloter le dispositif optoélectronique (11) afin de moduler l'intensité lumineuse du signal lumineux collimaté en fonction de données numériques à transmettre. Système d'éclairage communiquant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système d'éclairage communiquant (1) comprend une source de lumière complémentaire (13) couplée optiquement à l'optique de mise en forme (14) et pilotée par le module de commande (12), le module de commande (12) étant configuré pour moduler la source de lumière complémentaire (13). Système d'éclairage communiquant (1) selon la revendication précédente, dans lequel le système d'éclairage comprend un commutateur (15) configuré pour sélectivement coupler optiquement l'optique de mise en forme (14) avec la source de lumière complémentaire (13) et/ou avec le dispositif optoélectronique (11). Procédé d'éclairage (2) à l'aide du système d'éclairage selon la revendication précédente, dans lequel le procédé d'éclairage comprend une étape de commutation sélective (21, 22) de l'optique de mise en forme (14) avec la source de lumière complémentaire (13) ou avec le dispositif optoélectronique (11) afin de coupler optiquement ladite optique de mise en forme (14) avec respectivement ladite source de lumière complémentaire (13) ou ledit dispositif optoélectronique (11) et afin de générer un faisceau d'éclairage (E).