DOM Al N E D E L’I NVENTI ON

L'invention concerne un procédé de contrôle en continu de l'ambiance lumineuse désirée dans une pièce, et le dispositif correspondant. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de contrôle en continu d'une ambiance lumineuse désirée dans une pièce éclairée au moins partiellement par des diodes électroluminescentes (DELs ou LEDs). Plus particulièrement, le procédé selon l'invention permet de maintenir une ambiance lumineuse désirée dans une pièce en prenant en compte des sources d'éclairage externes et/ou en rejetant des perturbations pouvant affecter l'ambiance lumineuse désirée dans la pièce. Par perturbations, on entend les dérives spectrales et en intensité propres aux LEDs et des perturbations lumineuses indépendantes des LEDs. Les dérives propres aux LEDs sont liées à leur vieillissement, à la variation de la température de leurs jonctions et à l'intensité du courant appliqué pour les piloter. Les perturbations lumineuses indépendantes des LEDs sont, par exemple, dans une pièce dotée de fenêtres, des variations de l'éclairement extérieur ou des changements dans les conditions d'accès à la pièce, comme une ouverture ou fermeture de porte, ou un changement de l'éclairement intérieur à la pièce comme un ajout de luminaire.

ART ANTÉRI EU R

Le document EP 2 798 914 décrit un système d'éclairement à LEDs comportant trois séries monochromatiques de LEDs et une quatrième série de LEDs de couleur blanche. Ce système d'éclairement considère le contrôle de la lumière émise par les LEDs uniquement, à l'exclusion de toute autre source d'éclairement. Il comporte une boucle de régulation pour chacune des séries de LEDs. Ce système utilise un capteur RGB pour mesurer la lumière émise par les LEDs.

Le document EP 2 236 007 décrit un procédé de contrôle de la couleur émise par au moins une source de lumière modulée constituée par des LEDs. La modulation permet de distinguer la lumière émise par chaque source et son identification par plusieurs détecteurs. En cas de dérive spectrale, le détecteur correspondant détecte une variation d'intensité et commande une variation d'intensité opposée, sans action sur la dérive spectrale. Les sources de lumière autres que les LEDs ne sont pas prises en compte par les détecteurs.

Le document EP 1 943 880 décrit un système d'éclairement à plusieurs LEDs correspondant à plusieurs couleurs, avec un capteur pour chaque couleur. Il assure la compensation en température seulement de la dérive individuelle des LEDs.

Les systèmes connus de contrôle de l'ambiance lumineuse d'une pièce éclairée par des LEDs sont basés sur la mesure de la température de jonction des LEDs ou sur la mesure d'une variation d'intensité détectée. Dans ces systèmes, toute variation d'intensité détectée est interprétée comme une variation d'intensité lumineuse et non pas comme une dérive spectrale. Certains systèmes prennent aussi en compte les variations de l'éclairement extérieur aux LEDs, mais ne prennent en considération que la luminosité indépendamment de la notion de couleur. Ils réalisent ainsi une correction partielle et insuffisante, qui ne garantit pas le maintien du spectre désiré par l'utilisateur.

BUTS ET RÉSUM É

L'un des buts de l'invention est de proposer un procédé de contrôle en continu d'une ambiance lumineuse désirée dans une pièce éclairée au moins partiellement par des LEDs, qui ne présente pas les inconvénients et les insuffisances des systèmes connus.

Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de contrôle en continu d'une ambiance lumineuse désirée dans une pièce éclairée au moins partiellement par des LEDs, en compensant des perturbations aussi bien propres aux LEDs qu'extérieures aux LEDs.

Un autre objectif de l'invention est la détection d'une manière précise de la dérive spectrale des LEDs due aux variations de la température de jonctions des LEDs, au vieillissement et à d'autres effets.

L'invention a pour objet un procédé de contrôle en continu d'une ambiance lumineuse désirée dans une pièce éclairée au moins partiellement par des LEDs, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :

a) Définition d'un éclairement au moyen de coordonnées colorimétriques de consigne (x, y, z) ; b) Mesure de l'éclairement de la pièce à travers un capteur multispectral ;

c) Conversion des résultats de mesure de l'éclairement de la pièce en coordonnées colorimétriques de mesure (c', y', z') ;

d) Comparaison des coordonnées colorimétriques de mesure (c', y', z') et de consigne (x, y, z) ; et identification des écarts (Dc, Dg, Dz) ; e) Application des écarts identifiés à un correcteur pour générer des coordonnées colorimétriques de commande ;

f) Conversion des coordonnées colorimétriques de commande en signaux pour le pilotage des LEDs ;

g) Pilotage des LEDs pour éclairement de la pièce ;

h) Retour à l'étape b).

Selon un mode de réalisation de l'invention, le pilotage des LEDs est assuré en courant par réglage de l'amplitude du courant, et/ou par modulation de la largeur d'impulsion du courant.

Selon un mode de réalisation, l'éclairement de la pièce est assuré par au moins une série de LEDs de couleur. Il s'agit, par exemple, de LEDs monochromatiques.

Selon un mode de réalisation, le nombre de séries de LEDs de couleur est compris entre un et six. Préférentiellement, le nombre de séries de LEDs de couleur est supérieur ou égal à deux. Plus préférentiellement, le nombre de séries de LEDs de couleur est compris entre trois et six.

Selon un mode de réalisation, la mesure de l'éclairement de la pièce est assurée au moyen d'un capteur multispectral dont le nombre de voies spectrales est supérieur à celui des séries de LEDs de couleur.

Le capteur multispectral comprend, par exemple, des filtres optiques passe-bande interférentiels ou des filtres de couleur.

Selon un mode de réalisation, le nombre de voies spectrales du capteur multispectral est supérieur de deux à celui des séries de LEDs de couleur.

L'invention a également pour objet un dispositif de contrôle en continu d'une ambiance lumineuse désirée dans une pièce éclairée au moins partiellement par des LEDs caractérisé en ce qu'il comporte : a- Un dispositif de définition de coordonnées colorimétriques (x, y, z) de consigne pour l'éclairement de la pièce ;

b- Un dispositif de pilotage pour chaque série de LEDs de couleur ; c- Au moins une série de LEDs de couleur pour assurer l'éclairement de la pièce ;

d- Un capteur multispectral de l'éclairement de la pièce effectuant des mesures d'éclairement à plusieurs voies spectrales ;

e- Un convertisseur des mesures d'éclairement de la pièce effectuées par le capteur multispectral, en coordonnées colorimétriques de mesure (c', y', z') ;

f- Un comparateur des coordonnées colorimétriques de consigne (x, y, z) et de mesure (c', y', z') pour l'identification des écarts (Dc, Ay, Dz) ;

g- Un correcteur pour générer des coordonnées colorimétriques de commande à partir des écarts identifiés (Dc, Ay, Az) ;

h- Un convertisseur des coordonnées colorimétriques de commande en signaux pour le pilotage des LEDs.

D ESCRI PTI ON D ES Fl GU RES

L'invention est décrite ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels la Fig. 1 est un schéma de principe du dispositif de contrôle en continu d'une ambiance lumineuse désirée dans une pièce éclairée au moins partiellement par des LEDs ;

La Fig. 2 est une représentation du diagramme de chromaticité et du gamut de couleur atteignable d'un exemple de réalisation de l'invention avec m=six séries de LEDs de couleur.

La Fig. 3 est une représentation d'un spectre de transmission d'un exemple de réalisation d'un capteur multispectral à huit voies selon l'invention.

D ESCRI PTI ON D ÉTAI LLÉE

L'invention a pour objectif le maintien d'une ambiance lumineuse désirée dans une pièce éclairée au moins partiellement par un luminaire à LEDs. La lumière émise par le luminaire est produite par un ensemble de LEDs de couleur composé de m LEDs de couleur émettrices. Le nombre de LEDs et leur spectre déterminent le gamut de couleur atteignable par le luminaire. Par gamut de couleur, on entend l'ensemble des couleurs que le luminaire est capable de reproduire. Cela correspond à l'aire d'un polygone convexe défini par les droites rejoignant les différents points définis par les coordonnées des LEDs de couleur dans le diagramme de chromaticité.

Le dispositif de contrôle en continu d'une ambiance lumineuse désirée dans une pièce éclairée au moins partiellement par des LEDs, selon l'invention, est représenté symboliquement sur la Fig. 1.

Les coordonnées colorimétriques utilisées (x, y, z) sont par exemple des coordonnées trichromatiques X, Y, Z, ou d'autres systèmes couramment utilisés tels que par exemple x, y, L ; u, v, L ou CCT (« Température de Couleur Corrélée » ou « Correlated Color Température »).

Selon un mode de réalisation de l'invention, les coordonnées colorimétriques x, y, L ont été utilisées. L'asservissement des coordonnées colorimétriques (x, y) permet de régler directement la couleur dans la pièce et l'asservissement de L permet de régler l'intensité lumineuse dans la pièce.

Le dispositif 1 de définition de l'ambiance lumineuse reçoit en entrée les coordonnées colorimétriques (x, y, z) souhaitées dans la pièce. Afin d'éviter que les coordonnées colorimétriques demandées soient en dehors du gamut, un algorithme teste si les coordonnées colorimétriques souhaitées sont dans le gamut atteignable par les m LEDs de couleur émettrices. Si les coordonnées colorimétriques souhaitées sont dans le gamut, la sortie du dispositif de définition 1 est (x, y, z). Si les coordonnées colorimétriques souhaitées sont en dehors du gamut, l'algorithme projette la consigne à la limite du gamut, ce qui permet de trouver les coordonnées (x, y, z) les plus proches possibles des coordonnées colorimétriques souhaitées. Le dispositif de définition 1 transmet ces coordonnées colorimétriques au dispositif de comparaison 2.

Le dispositif de définition 1 permet ainsi de définir les coordonnées colorimétriques de consigne (x, y, z) pour l'éclairement de la pièce.

Le dispositif de comparaison 2 est un régulateur comprenant un comparateur, un correcteur et un système anti-windup (aussi appelé anti- saturation ou anti-emballement). Il prend en entrée les coordonnées colorimétriques de consigne du dispositif de définition 1 et les coordonnées colorimétriques de mesure du convertisseur 8. Le convertisseur 8 convertit les données mesurées par le capteur multispectral 6 en coordonnées colorimétriques de mesure (c', y', z')·

Le dispositif de comparaison 2 fournit en sortie les coordonnées colorimétriques de commande à transmettre au dispositif de conversion 3. Dans ce dispositif de comparaison 2, la régulation est constituée de trois éléments : a- Un comparateur : il calcule l'écart entre les coordonnées colorimétriques de consigne du dispositif de définition 1 et les coordonnées colorimétriques de mesure du convertisseur 8.

b- Un correcteur : les coordonnées colorimétriques de consigne et l'écart entre les coordonnées colorimétriques de consigne et les coordonnées colorimétriques de mesure sont ensuite utilisés pour calculer des coordonnées colorimétriques de commande (xc, yc, zc).

c- Un système anti-windup : afin d'éviter que les coordonnées colorimétriques de commande (xc, yc, zc) soient en dehors du gamut défini par les LEDs de couleur émettrices (ce qui signifie une commande non réalisable physiquement et ce qui pourrait engendrer une instabilité du système), un système anti-windup est appliqué aux actions du correcteur afin de maintenir les coordonnées colorimétriques de commande à l'intérieur du gamut atteignable par les LEDs de couleur émettrices (afin d'assurer une commande réalisable physiquement).

Les coordonnées colorimétriques de commande issues du dispositif de comparaison 2 sont appliquées au dispositif de conversion 3 qui est un convertisseur (un algorithme d'inversion matricielle avec contraintes est utilisé) qui va transformer les coordonnées colorimétriques de commande en m rapports cycliques PWM applicables aux m pilotes de LEDs qui pilotent les m séries de LEDs de couleur en PWM ou en amplitude. L'utilisation de cet algorithme permet par exemple d'imposer des contraintes sur la consommation énergétique du luminaire ou de minimiser ou maximiser certains rayonnements pour les êtres humains, telle la lumière bleue. Cette nouvelle approche peut permettre d'économiser jusqu'à 30% d'énergie pour obtenir une ambiance lumineuse et cela en favorisant l'utilisation des LEDs ayant le meilleur rendement énergétique. Les m signaux de pilotage des LEDs sont appliqués aux dispositifs 4 de pilotage des LEDs 5. Il est prévu m dispositifs 4 de pilotage, chacun assurant le pilotage d'une série de LEDs 5 de couleur. Les LEDs 5 assurent l'éclairement de la pièce, seules ou en présence d'autres sources de lumière (artificielles ou naturelles). Chaque série de LEDs 5 est caractérisée par une teinte bien définie.

L'éclairement de la pièce est mesuré au moyen du capteur multispectral 6, à travers des filtres optiques de couleur passe-bande 7. Le capteur multispectral 6 est composé de n > m (m étant le nombre de séries de LEDs de couleur émettrices) filtres optiques passe-bande ayant des spectres de transmission répartis sur le spectre visible. En effet, sans ce surnombre minimal (n > m), il est impossible d'identifier des variations de fonctionnement des LEDs comme les dérives spectrales liées aux variations de température ou au vieillissement des LEDs. Dans un exemple de réalisation, le capteur multispectral 6 comporte huit filtres optiques passe-bande de couleurs différentes (pour m = six séries de LEDs de couleur), couvrant l'ensemble du spectre visible, et centrés approximativement sur les longueurs d'onde suivantes : 415, 445, 470, 510, 550, 585, 620 et 670 nm.

Les longueurs d'ondes principales des huit filtres optiques passe-bande 7 sont indépendantes des longueurs d'onde des LEDs de couleur. Ceci permet d'avoir une représentation fine du spectre de la lumière dans la pièce.

L'éclairement mesuré par le capteur multispectral 6 via les filtres optiques interférentiels 7 tient compte de la lumière créée par les LEDs, d'autres sources de lumière dans la pièce, et des variations de longueur d'onde des LEDs dues au vieillissement ou à la variation de la température de jonctions des LEDs ou à l'intensité du courant dans les LEDs.

Avec ce capteur multispectral, il est possible de différencier une dérive spectrale des LEDs émettrices d'une baisse d'intensité, contrairement à un simple capteur colorimétrique (type capteur RGB). Ce type de capteur permet alors de réaliser l'asservissement des coordonnées colorimétriques dans une pièce en compensant les variations de lumière dues à la dérive spectrale des LEDs et à la présence de perturbations exogènes (par exemple, dans une pièce dotée de fenêtres, des variations de l'éclairement extérieur ou des changements dans les conditions d'accès à la pièce, comme une ouverture ou fermeture de porte, ou un changement de l'éclairement intérieur à la pièce comme un ajout de luminaire.)

Le convertisseur 8 permet de transformer les n données spectrales mesurées par le capteur multispectral 6 en données colorimétriques de mesure (c', y', z'). Pour cela, une matrice de transfert reliant les caractéristiques du capteur multispectral 6 et l'espace colorimétrique considéré doit être calculée. La matrice de transfert est calculée en utilisant les spectres de transmission des n filtres passe-bande du capteur multispectral 6 et les trois stimuli du système standard de la CIE (Commission Internationale de l'Eclairage). Il est possible aussi d'utiliser un interpolateur (réseau de neurones, système d'inférence flou, par exemple) pour calculer cette matrice de transfert. La matrice de transfert permet de passer aux coordonnées de mesure (c', y', z') à partir des n données spectrales.

Sur la Fig. 1, la référence 9 désigne l'ensemble des perturbations indépendantes des LEDs (sources d'éclairement extérieures ou intérieures, naturelles ou artificielles). Ces perturbations peuvent être aussi dues à des réflexions sur des éléments présents dans la pièce à éclairer (miroirs, papiers peints colorés, meubles, par exemple).

L'utilisation d'un capteur multispectral 6 pour la mesure du spectre lumineux permet de réaliser l'asservissement des coordonnées colorimétriques et de l'intensité lumineuse globale dans une pièce. Un capteur multispectral comporte n filtres optiques passe-bande dont les spectres de transmission sont répartis le plus uniformément possible dans le spectre visible. Les filtres sont répartis de telle sorte que leurs spectres se recouvrent afin d'avoir une mesure de toutes les longueurs d'onde du spectre visible. Un capteur de ce type a l'avantage de fournir une information sur le spectre mesuré en plus des coordonnées colorimétriques. Il délivre une mesure qui s'apparente à un spectromètre très grossier. Si le nombre de voies du capteur multispectral respecte la condition : n > m, il est possible de différencier une dérive spectrale des LEDs de couleur émettrices, d'une baisse d'intensité, contrairement à un simple capteur colorimétrique (type capteur RGB). En effet, le capteur est capable de détecter non seulement la baisse sur une voie du capteur, mais aussi la montée sur la ou les autres voies du capteur qui sont à proximité. Ce qui permet d'identifier la dérive spectrale et son sens et de différencier la dérive d'une simple baisse d'intensité.

Le pilotage des LEDs est assuré en courant : en modulation de largeur d'impulsions et/ou en amplitude du courant d'alimentation des LEDs, ce qui permet d'assurer l'éclairement de la pièce dans une grande gamme de niveaux et avec une grande précision.

L'utilisation de plusieurs séries de LEDs permet de choisir les longueurs d'onde émises pour assurer l'éclairement et ainsi de réduire la part des longueurs d'onde bleues nocives pour certaines personnes, par exemple.

Dans l'exemple particulier de réalisation de la Fig. 2, le choix des LEDs de couleur permet d'obtenir le gamut ou espace de couleur le plus large possible. Les LEDs retenues sont la LED Royal Blue (B), la LED Cyan (C), la LED Green (D), la LED PC Amber (A), la LED Deep Red (R) et la LED Mint (M). La LED Mint (M) ne sert pas à élargir le gamut, mais plutôt à améliorer le rendu des couleurs. Les cinq autres LEDs définissent les sommets d'un polygone convexe dans le diagramme de chromaticité. Ces sommets sont les coordonnées colorimétriques (x, y) des LEDs de couleur.

En référence à la Fig. 3, pour la mesure de l'éclairement dans la pièce, le capteur 6 est un capteur multispectral, à n filtres optiques passe-bande 7 dont les spectres sont répartis le plus uniformément possible dans le spectre visible (Fl à Fn), ici Fl à F8, afin d'avoir une mesure de toutes les longueurs d'onde du spectre visible.

Le dispositif de contrôle en continu d'une ambiance lumineuse désirée dans une pièce éclairée au moins partiellement par des LEDs, permet de faire varier la couleur au cours du temps, de façon à favoriser, par exemple, une ambiance stimulante ou une ambiance relaxante.