La présente invention concerne un dispositif d''éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED, à grande luminosité, très économes en énergie et d'une très grande durée de vie, dont la source de lumière directionnelle, redirigée et étalée par une ou plusieurs pièces optiques transparentes, permet l'éclairage ou le balisage en bas voltage notamment à l'aide de dispositifs autonomes d'alimentation en énergie électrique basés sur la captation et le stockage des énergies naturelles solaires ou éoliennes.

Les systèmes ou appareillages destinés à l'éclairage étaient réalisés jusquà aujourd'hui à l'aide de lampes à incandescence, fluorescente, halogène, ou néon.

La consommation relativement importante de ces lampes (de 4W à 300W selon les besoins d'éclairage), alimentées principalement en 220 volts, leur durée de vie relativement courte (en moyenne 10.000 heures), leur dégagement de chaleur relativement important (50 à 120°), l'impossibilité de les faire clignoter sans écourter leur durée de vie (éclairage de sécurité ou routier...), limitent leur utilisation et n'autorisent qu'une alimentation par le réseau électrique alternatif, sans possibilité sérieuse d'tre alimentées en autonomie d'énergie.

Les diodes électroluminescentes appelées aussi LED (Light Emetting Diodes), économes en énergie, ne pouvaient tre utilisées auparavant, que pour un usage limité à des voyants lumineux de couleurs rouge, jaune, ambre, vert, ou bleu, dont l'unité de mesure d'intensité lumineuse était compris entre 30 et 800 milliCandelas, l'absence de diodes suffisamment puissantes et émettant une couleur blanche ne permettait pas alors d'envisager un éclairage ou un balisage identique tant en puissance qu'en couleur d'éclairement à celui de lampes à filament incandescent, ou de lampes fluorescentes.

L'exemple pratique des utilisations les plus connues de ce type de diodes ou LED sont les voyants lumineux ou de contrôle de matériels informatiques ou robotiques, d'ordinateurs, d'appareils vidéos, audios, ou ménagers. Dans une autre utilisation connue, le groupement de ces diodes, la plupart du temps de couleur rouge ou jaune, est destiné à former les messages à défilement de journaux lumineux, pilotées par des logiciels reliés à des circuits intégrés.

L'apparition sur le marché au cours de l'année 1999, de diodes électroluminescentes blanches à très faible consommation d'énergie (20 MilliAmpères par LED) et à très grande luminosité (5 à 15 Candelas, soit équivalent à 5 à 15 Watts lampe) alimentées en très bas voltage (3 à 4 Volts par diode) permet aujourd'hui

d'envisager leur utilisation notamment groupée au lieu et place de lampes d'éclairage de type classique (incandescence, fluorescence ou néon) leur durée de vie étant environ de 150. 000 heures.

Cependant, la particularité de ces diodes électroluminescentes à grande luminosité, est que, plus la luminosité est grande, plus le faisceau de lumière est étroit (6 à 10 degrés d'angle), ainsi limité par la structure mme de ce composant électronique.

Le faisceau lumineux émis est ainsi très puissant en distance (une cinquantaine de mètres) avec un angle d'éclairement très étroit (6 à 10 degrés), au détriment d'une propagation lumineuse étalée réclamée dans un éclairage traditionnel (30 à 360 degrés d'angle).

En cet état de la technique ce type de diode ne pouvait tre utilisé et substitué aux moyens d'éclairage traditionnels, domestique, industriel ou urbain, sans envisager préalablement la transformation de la lumière ponctuelle émise, à l'aide de dispositifs propres à rediriger, étaler et égaliser la lumière selon les angles divers imposés par les besoins d"éclairage les plus courants.

Une fois cette mise au point effectuée, l'éclairage obtenu à l'aide de ces diodes électroluminescentes sera 20 à 50 fois plus économe en énergie (en moyenne 6 Watts au lieu de 150 Watts) et d'une durée de vie 15 fois supérieure à un éclairage traditionnel (150. 000 heures au lieu de 10. 000 heures).

Le but de l'invention était donc de dresser un cahier des charges et de régler les problèmes techniques liés à la mise au point de cet éclairage à diodes électroluminescentes (LED) et notamment : 1 °) De répartir au moyen de dispositifs optiques simples et adaptés les rayons de lumière ponctuelle et directionnelle provenant de ces diodes électroluminescentes groupées selon un pas variable, en fonction de leur rendement lumineux, pour en obtenir une lumière redirigée et égalisée.

2°) D'envisager plusieurs systèmes de répartition optique de la lumière en rapport avec l'angle d'éclairage et le rayonnement souhaité dans les applications domestiques industrielles et urbaines les plus courantes.

3°) De concevoir des systèmes de liaison électronique de ces diodes électroluminescentes lorsqu'elles sont groupées, pour former des lampes ou des rampes d'éclairage avec leurs raccordements ou connexions.

4°) D'implanter ce dispositif dans une infrastructure compatible en encombrement et en esthétique, avec la commercialisation d'un concept destiné principalement aux Marchés de l'éclairage et du balisage, ayant pour base la technique de l'éclairage au moyen de diodes électroluminescentes.

5°) De concevoir un dispositif électronique alimenté soit par le secteur électrique alternatif transformé en courant continu, soit autonome au moyen des énergies renouvelables, comprenant les sources d'éclairage constituées par les LED, ainsi que le système de captation et de stockage de l'énergie naturelle (capteur solaire, éolienne...), le générateur, le régulateur de tension fiitrée, l'accumulateur et la cellule de commande jour-nuit.

Une fois résolus les problèmes sus-décrits, les avantages les plus remarquables du dispositif sont : - sa faible consommation énergétique et son rendement lumineux élevé, - sa durée de vie d'éclairage (environ 150. 000 heures), -la possibilHé d'assurer son alimentation sans dépendance énergétique du réseau électrique, - sa diversité d'applications par son fonctionnement à base d'électronique alliée à la propriété des diodes électroluminescentes, (clignotement, télécommande).

L'invention a donc pour but d'apporter les solutions au cahier des charges ainsi constitué du premier au cinquième point décrits plus haut.

L'invention concerne donc un dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes (LED) à grande luminosité, très économes en énergie, dont la source de lumière directionnelle émise selon un angle aigu, est redirigée, étalée et filtrée par une ou plusieurs pièces optiques constituées d'un matériau transparent, permettant ainsi l'éclairage ou le balisage en bas voltage soit à l'aide du courant électrique alternatif transformé en bas voilage sot à l'aide de dispositifs autonomes d'alimentation en énergie électrique basés sur la captation, la régulation et le stockage des énergies naturelles solaires ou éoliennes.

Selon une première caractéristique l'invention comporte (planche 1/9 figure 1 et planche 4/9 figures 4 et 5), un couvercle étanche (16) qui contient un boîtier (7) en matière plastique ou isolante, assemblé par 4 vis (13) à une pièce optique (1), le circuit imprimé (10) est iui-mme assemblé par 4 tiges (17) solidaires du boîtier (7).

Sur le circuit imprimé (10) sont soudées une ou plusieurs rangées de diodes électroluminescentes ou LED (5) positionnées dans l'axe (A) et perpendiculaires aux

logements optiques concaves (2) leur faisant face, pratiqués par usinage ou moulage dans la pièce optique (1) selon un pas régulier ou irrégulier de (X) millimètres, dont les détails et profils d'usinages sont décrits dans la quatrième caractéristique.

La pièce optique (1) est constituée dans un matériau transparent possédant un indice de réfraction égal à celui du verre, de préférence en matière plastique transparente ou transparente teintée ou dans certains cas diffusante (dont le verre acrylique de marques Altuglas R Plexiglas, R Perspex R), les logements concaves optiques (2) pratiqués dans la pièce optique (1) sont polis et transparents.

Le circuit imprimé (10), est alimenté en courant électrique par le fil d'alimentation (15) relié à une alimentation située de préférence à l'extérieur du dispositif comprenant un transformateur dont la tension redressée régulée et filtrée, permet de délivrer la tension nécessaire à la correcte alimentation des LED (5) de préférence en bas-vottage, (3, 6,9, 12, 24 ou 48 volts) ou en haut voltage (110 ou 220 volts).

Selon une seconde caractéristique de l'invention (planche 2/9, figure 2) le boîtier (7) en matière plastique ou isolante, assemblé par 4 vis (13) à la pièce optique (1) contient le circuit imprimé (10) préalablement percé de 4 trous correspondants aux axes des 4 tiges (17) solidaires du boîtier (7) de manière à laisser coulisser avec un faible jeu, le circuit imprimé (10) portant les LED (5) rendu ainsi mobile sur les 4 tiges (17).

La vis micrométrique sans fin (12) agissant par son filetage (6a) sur l'écrou (6) solidaire du circuit imprimé (10) portant les LED (5), permet en vissant ou dévissant la vis micrométrique sans fin (12) débouchant dans un trou (11) pratiqué dans la pièce optique (1), de faire varier la distance focale entre les LED (5) et les logements optiques concaves (2) de la pièce optique (1) et par conséquence de faire varier selon les besoins d'éclairage, l'angle d'éclairement (F) ainsi obtenu.

Les LED sont positionnées dans l'axe (A) et perpendiculaires aux logements optiques concaves (2) leur faisant face, pratiqués dans la pièce optique (1) selon un pas régulier ou irrégulier de (X) millimètres, dont les détails et profils d'usinages sont décrits dans la quatrième caractéristique.

La pièce optique (1) est constituée dans un matériau transparent possédant un indice de réfraction égal à celui du verre, de préférence en matière plastique transparente ou transparente teintée ou dans certains cas diffusante (dont le verre acrylique de marques Altuglas R Plexiglas, R Perspex R), les logements concaves optiques (2) sont polis et transparents.

L'alimentation en énergie électrique s'effectue dans les mmes conditions que dans la première caractéristique,

Selon une troisième caractéristique de l'invention (planche 3/9, figure 3) le boîtier (7) en matière plastique ou isolante, assemblé par 4 vis (13) à la pièce optique (1) contient le circuit imprimé (10) fixé sur 4 tiges (17) solidaires du bordier (7).

La vis micrométrique sans fin (12) agissant par son filetage (6a) sur l'écrou (6) inséré dans une pièce optique mobile (4) comportant des logements optiques concaves (3), préalablement percée de 4 trous correspondants aux axes des 4 tiges (17) permet en vissant ou dévissant la vis micrométrique sans fin (12) débouchant dans un trou (11) pratiqué dans la pièce optique (1), de faire varier la distance focale entre les LED (5) et la pièce optique mobile (4), de mme en sens inverse la distance focale entre la pièce optique mobile (4) et la pièce optique fixe (1) et par conséquence de faire varier l'angle d'éclairage (F) ainsi obtenu par la position fixe des LED (5) en fonction de la position des logements optiques concaves (2) et (3) des pièces optiques (1) et (4).

Les LED sont positionnées dans l'axe (A) et perpendiculaires aux logements optiques concaves (2) et (3) leur faisant face, pratiqués dans les pièces optique fixe (1) et mobile (4), selon un pas régulier ou irrégulier de (X) millimètres, dont les détails et profils d'usinages sont décrits dans la quatrième caractéristique.

La pièce optique (1) ainsi que la pièce optique mobile (4) sont constituées dans un matériau transparent possédant un indice de réfraction égal à celui du verre, de préférence en matière plastique transparente ou transparente teintée ou dans certains cas diffusante (dont le verre acrylique de marques Altuglas R Plexiglas, R Perspex R), les logements concaves optiques (2) et (3) sont polis et transparents.

L'alimentation en énergie électrique s'effectue dans les mmes conditions que dans la première caractéristique.

Selon une quatrième caractéristique de l'invention (planches 3/9,4/9 et 5/9) les logements optiques concaves (2) et (3) polis et transparents, des pièces optiques fixe (1) ou mobile (4) (figure 3), comportent selon les cas différents profils d'usinage ou de moulage en creux tenant de la demi-sphère ou du polyèdre (figures 6,7 et 8), selon un pas régulier ou irrégulier de (X) millimètres, symétrique au pas des positionnements des LED (5) (figure 7), soit avec un profil concave sphérique (20), ou un profil concave triangulaire ou trapézoïdal (21), Les logements optiques concaves (2) et (3) peuvent tre usinés ou moulés selon l'un des profils précédents avec une inclinaison d'un angle déterminé (22), l'axe de positionnement (A) des LED (5) est alors incliné selon le mme angle (figure 8), afin de toujours centrer la lumière directionnelle émise par les LED (5) dans l'axe (A) des logements optiques concaves (2) formant ainsi un faisceau de lumière élargi à un angle (F) variable en fonction des profils et diamètres d'usinage ou de moulage utilisés pour les logements optiques concaves (2) et (3), (figures 6,7 et 8).

Selon une cinquième caractéristique de l'invention (planche 5/9 figures 6,7 et 8 et planche 3/9, figure 3), la face plane usinée de la pièce optique fixe (1), à l'exception des logements optiques concaves (2) est soit dépolie, soit revtue d'une peinture adhérente ou d'une sérigraphie de fond formant décor (19) (figures 7 et 8), soit recouverte d'une plaque mince intermédiaire (19a) (figure 6), revtue de manière identique et percée en symétrie au mme pas que les logements optiques concaves (2) de la pièce optique (1) laissée dans ce dernier cas totalement transparente.

Ces trois solutions excluant ainsi toute vision du circuit imprimé (10) portant les LED (5), seuls les logements optiques concaves (2) restent libres, polis et transparents afin de laisser diffracter librement la lumière directionnelle issue des LED (5), au moyen de chaque logement optique concave (2) de la pièce optique (1).

Selon une sixième caractéristique de l'invention (planche 6/9, figure 9 et planche 7/9, figure 10) un dispositif, figurant ici un ensemble d'éclairage sur mât, assemble au moyen du couvercle étanche (16) l'un des systèmes d'éclairage à LED décrits de la première à la cinquième caractéristique (figure 9), avec un capteur solaire (23) protégé par une pièce optique transparente (14) servant à la captation et la diffraction de la lumière solaire, constituée en matière plastique transparente identique à celle utilisée pour les pièces optiques (1) ou (4), dont la face (24), opposée au capteur solaire (23) est usinée au pas des cellules solaires, avec des fraisages ou moulages en creux continus et polis, de forme triangulaire ou arrondie (25) selon un angle (G) au minimum ouvert à 45° par rapport à l'horizontale, destinés à rediriger la lumière solaire vers la face du capteur (23) en profitant au maximum des propriétés de diffraction de la lumière solaire (L) dans la pièce transparente (14) ainsi transformée, quelque soit l'orientation du capteur (23) par rapport à la position du soleil.

Comme décrit par la planche 7/9 (figure 10), ce capteur solaire (23) recharge en courant électrique de bas-voltage, à travers le régulateur (26), l'accumulateur (27) prévu d'une capacité suffisante en ampérage pour alimenter les LED (5) durant la période nocturne, par déclenchement de la cellule crépusculaire (28).

Selon une septième caractéristique de l'invention (planche 8/9 figure 11), un dispositif, figurant ici un ensemble d'éclairage sur mât, assemble au moyen du couvercle étanche (16) l'un des systèmes d'éclairage à LED décrits de la première à la cinquième caractéristique.

Une turbine à air solidaire d'un aiternateur (29) recharge en courant électrique de bas-voltage, à travers le régulateur (30), l'accumulateur (27) prévu d'une capacité suffisante en ampérage pour alimenter les LED (5) durant la période nocturne par déclenchement de la cellule crépusculaire (28).

Selon une huitième caractéristique de l'invention (planche 9/9 figure 12), un dispositif, figurant ici un ensemble d'éclairage sur mât, assemble au moyen du couvercle étanche (16) l'un des systèmes d'éclairage à LED décrits de la première à la cinquième caractéristique.

Le dispositif inclus dans ce cas le couplage des deux systèmes décrits par la sixième et septième caractéristique avec d'une part l'alimentation de l'éclairage au moyen du capteur solaire (23) et d'autre part en adjonction au moyen de la turbine à air solidaire de l'aRernsteur (29) qui rechargent en courant électrique de bas-voltage, à travers les régulateurs (26) et (30), l'accumulateur (27) prévu d'une capacité suffisante en ampérage pour alimenter les LED (5) durant la période nocturne, par déclenchement de la cellule crépusculaire (28).

A titre d'exemples de réalisations, l'invention est particulièrement indiquée dans la conception et la fabrication d'éclairages de tous types, autonomes ou non, notamment dans l'éclairage public, industriel ou domestique en substitution des lampes destinées à l'éclairage traditionnel, compte-tenu de leur très faible consommation en énergie électrique et leur grande durée de vie comparées, ainsi qu'à chaque fois qu'il est souhaitable de recourir à un dispositif autonome en alimentation électrique, notamment lorsqu'il est impossible économiquement ou techniquement de créer une ligne de raccordement au réseau électrique.