Domaine Technique
[0001] La présente invention concerne le domaine des lampes frontales dotée d'une technologie
dite de
Reactive Lighting, et notamment une lampe frontale comportant un capteur accélérométrique.
Etat de la Technique
[0002] La demanderesse de la présente demande de brevet a commercialisé une lampe portative,
de type lampe frontale, dotée d'un éclairage dit
réactif ou
dynamique dont le principe de fonctionnement est illustré dans la figure 1. Cette lampe frontale
comporte un circuit électronique doté d'un capteur qui analyse la luminosité extérieure
pour délivrer instantanément une puissance d'éclairage réglée et une forme de faisceau
optimales pour la situation.
[0003] Ce type de lampes s'est avéré être particulièrement adapté aux sports engagés et
intensifs car elles soulagent l'utilisateur des réglages en mode manuel qui seraient
nécessaires pour commuter entre différents seuils de puissances de faisceaux.
[0004] Grâce à cette technique d'éclairage réactif (
Reactive Lighting), l'utilisateur a les mains libres et l'esprit totalement concentré sur son activité
et ce quelle que soit la situation d'éclairage considérée.
[0005] Ainsi, en
éclairage de proximité, l'utilisateur peut ainsi observer ou examiner un objet à courte distance (lecture
d'une carte, confection d'un nœud d'encordement ou montage d'une tente par exemple)
et la lampe peut protéger un faisceau lumineux très large et peu puissant, fixé automatiquement
à une valeur seuil minimale grâce à cette technique d'éclairage dynamique. L'éclairage
s'adapte automatiquement à la distance de l'objet.
[0006] Au contraire, dans une
situation de mouvement, par exemple lorsque l'utilisateur s'adonne à la marche et/ou la course à pied, le
faisceau devient mixte: large au niveau des pieds et focalisé pour voir à quelques
mètres et anticiper le relief.
[0007] En outre, lorsqu'il se trouve en situation de vision lointaine, l'utilisateur relève
la tête pour voir au loin - par exemple pour rechercher une balise lors d'une course
à pied ou encore un relais accroché à une paroi, la puissance d'éclairage augmente
considérablement et le faisceau devient focalisé pour assister au mieux l'utilisateur
de la lampe.
[0008] En l'on note enfin que la technologie d'éclairage
réactif ou
dynamique (
Reactive Lighting) s'est montrée à l'usage particulièrement économe et permet d'accroître avantageusement
l'autonomie des batteries puisque sa mise en œuvre, sous le contrôle d'un calculateur,
vise à optimiser la consommation des batteries, offrant une plus grande autonomie
de votre lampe.
[0009] Comme on le voit, cette technologie d'éclairage réactif ou dynamique constitue indéniablement
une avancée significative dans le domaine des lampes frontales, et plus généralement
de l'éclairage portatif, notamment en ce qu'elle permet d'adapter l'éclairage de manière
constante aux conditions d'éclairement.
[0010] Pour autant, les praticiens ont relevés des inconvénients dans certaines situations
très spécifiques.
[0011] En effet dans des activités dite de
trail ou course à pied, la présence de nombreuses surfaces réfléchissantes sur les chaussures,
les vêtements techniques et les signalisations entraînent des phénomènes de pompage
au niveau de la lumière projetée, dégradant ainsi la qualité de l'éclairage et faisant
apparaître une zone d'inconfort pour l'utilisateur.
[0012] Lorsque celui-ci pratique le vélo avec sa lampe frontale, voire d'autres activités
très dynamiques (ski de randonnée ou autres), le niveau minimum de lumière peut s'avérer
en pratique insuffisant pour garantir un éclairage sécurisant lors d'un croisement
avec un obstacle lumineux ou naturel (phares de voiture, branche d'arbres..). La zone
d'inconfort relevée précédemment peut alors se révéler être une zone de danger.
[0013] Tels sont les défauts et inconvénients auxquels la présente invention vise à remédier.
Résumé de l'invention
[0014] La présente invention a pour but de proposer une amélioration significatif à la technologie
d'éclairage dynamique en permettant de venir prendre en considération des situations
d'éclairage spécifiques nécessitant un surcroit d'éclairage.
[0015] Un autre but de la présente invention consiste à proposer une lampe frontale dotée
du régulation lumineuse de type réactif ou dynamique ayant un réglage amélioré de
la puissance lumineuse.
[0016] C'est un autre but de la présente invention que de fournir une lampe frontale améliorée
par l'ajout d'un accéléromètre venant affiner le mécanisme de régulation réactif ou
dynamique utilisé par la lampe.
[0017] L'invention réalise ces buts au moyen d'une lampe, telle une lampe frontale, comportant
- une source lumineuse ;
- un module de puissance pour l'alimentation de la source lumineuse à partir d'une information
ou un signal de commande;
- un module de commande pour le réglage de la puissance générée par la source lumineuse,
comportant :
un capteur de lumière permettant de capter la lumière de l'environnement du porteur
de la lampe, le module de commande étant configuré pour générer l'information ou le
signal de commande en fonction de l'information générée par le capteur de lumière.
[0018] Le module de commande comporte en outre un accéléromètre configuré pour fournir à
intervalles réguliers des données représentatives d'une accélération de la lampe frontale
suivant au moins un axe horizontal et un axe vertical ; et dans lequel let module
de commande comporte un circuit configuré pour stocker et traiter des données d'accélérométrie
afin de sélectionner un profil d'activité physique choisi au sein d'un jeu de profils
d'activité physiques prédéterminés stockées dans une mémoire.
[0019] Le profil d'activité physique sélectionné est ensuite utilisé comme pointeur d'entrée
pour lire une table de correspondance LUT stockée dans une mémoire interne de la lampe,
et qui fournit au moins une valeur ou un paramètre servant la génération d'information
ou du signal de commande fixant la puissance lumineuse. En sorte que la valeur ou
le paramètre lu dans la table de correspondance LUT sert conjointement avec l'information
générée par le capteur de lumière pour déterminer l'information ou le signal de commande
de la puissance lumineuse.
[0020] De préférence, le jeu de profils prédéterminés d'accélérométrie comportent des profils
représentatifs de la marche, de la course à pied et de la bicyclette.
[0021] De préférence, la puissance du faisceau lumineux réglée par l'unité de commande varie
entre un seuil bas et un seuil haut, et le seuil bas est fixé par une valeur qui est
extraite directement de la table de correspondance LUT à partir du profil sélectionné
automatiquement.
[0022] De préférence, le traitement des données d'accélérométrie permettant la sélection
du profil prédéterminé utilise un procédé de traitement statistique basé sur un calcul
de variance des données d'accélérométrie suivant les deux axes horizontaux et suivant
l'axe vertical.
[0023] Dans un mode de réalisation particulier, les données extraites de la table LUT permettent
de définir un seuil minimum de puissance lumineuse et une géométrie spécifique du
faisceau lumineux choisi entre un faisceau large, un faisceau pointu et/ou les deux.
[0024] De préférence, la lampe est une lampe frontale configurée pour traiter les données
de l'accéléromètre pour détecter la chute d'un utilisateur en plus de son activité
physique, et configurée pour communiquer avec un téléphone mobile dans le but de transmettre
un message d'alerte.
[0025] Dans un mode de réalisation particulier, en cas de chute, la module de commande est
configuré pour commander une séquence d'alerte lumineuse visant à appeler au secours.
Description des dessins
[0026] D'autres caractéristiques, but et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture
de la description et des dessins ci-après, donnés uniquement à titre d'examples non
limitatifs. Sur les dessins annexés :
La figure 1 illustre le schéma de principe de l'éclairage dynamique ou réactif.
La figure 2 représente un mode de réalisation d'une lampe frontale conforme à la présente
invention, qui incorpore un capteur de luminosité ainsi qu'un capteur accélérométrique
pour fixer les seuils d'éclairage réactif ou dynamique.
Les figures 3a à 3c illustrent les chronogrammes typiques, sur les trois axes x, y
et z, des signaux accélérométriques pour trois activités physiques considérées:
marche à pied, bicyclette et course à pied (jogging).
Les figures 4a, 4b et 4c illustrent plus particulièrement les accélérations suivant
chacun des axes xx', yy' et zz' et ce pour chacune des trois activités physiques considérées
dans un mode de réalisation.
La figure 5 illustre un mode de réalisation d'un procédé de régulation de puissance
d'éclairage conforme à la présente invention.
La figure 6 illustre le réglage du seuil minimum d'éclairage dyanmique en fonction
de l'activité physique détectée.
La figure 7 illustre un procédé de traitement du signal et de détermination du profil
de mouvement du capteur d'accélération 3D
Les figures 8A, 8B, 8C et 8D illustrent respectivement les signaux utiles du triplet
(S1u(t, µ), S2u(t,µ), S3u(t,µ)) pour différents profils de mouvements µ0,µ1,µ2 et µ3 du capteur d'accélération 3D 110.
Description des modes de réalisation préférés
[0027] L'on décrit à présent comment l'on peut améliorer significativement une lampe frontale
dotée d'un système d'éclairage réactif ou dynamique, telle que commercialisée dans
les lampes « RL » de la société PETZL, par exemple les lampes frontales commercialisées
sous l'appellation NAO
™, ou SWIFT RL
™, et qui comportent un mécanisme automatique de régulation de la puissance générée
basée sur des informations produites par un capteur de luminosité.
[0028] Grâce à la présente invention, le mécanisme de régulation de la puissance lumineuse
est aménagé de manière à intégrer, outre les informations émanant du capteur de luminosité,
d'autres informations complémentaires générées par un capteur accélérométrique fournissant
des signaux d'accélération sur un ou plusieurs axes X1, Y1 ou Z1.
[0029] Un algorithme spécifique, qui sera décrit en détail ci-après, permet de venir fixer
des seuils d'éclairage généré par le système de régulation de la puissance lumineuse,
et notamment un seuil d'éclairage minimal.
I. Architecture générale
[0030] La
figure 2 illustre l'architecture générale d'un mode de réalisation d'une lampe 100 - supposée
frontale - comportant un système de régulation réactif ou dynamique de l'intensité
lumineuse basé sur un capteur 120 permettant de mesurer la luminosité ambiante et/ou
une partie du flux réfléchi par l'éclairage de la lampe frontale.
[0031] La lampe 100 comporte également un capteur accélérométrique, et de préférence un
capteur d'accélération tridimensionnelle (3D) 110 permettant de générer des informations
d'accélérométrie suivant au moins un axe et de préférence trois axes X1, Y1, Z1 notamment
illustrés dans la figure 8, les axes X1 et Z1 étant horizontaux et l'axe Y1 étant
vertical.
[0032] Plus spécifiquement, la lampe 100 comprend un module de puissance 210 associé à un
module de commande 220 et une unité d'éclairage 230 comportant au moins une diode
électroluminescente LED et, optionnellement, un module émetteur-récepteur 240 couplé
au module de commande et un module de batterie 250 lui aussi couplé au module de commande
220.
[0033] Dans l'exemple de la figure 2, l'unité d'éclairage 230 comporte une unique diode
LED 231 dotée de son circuit d'alimentation 232 connecté au module de puissance 210.
Clairement, plusieurs diodes pourront être envisagées pour l'obtention d'un faisceau
de forte luminosité. D'une manière générale, la ou les diodes LED(s) peuvent être
associée(s) à une optique focale propre 233 permettant d'assurer une collimation du
faisceau lumineux généré.
[0034] Dans un mode de réalisation spécifique, l'alimentation en courant de la diode LEDs
231 via le circuit 232, est effectuée par le module de puissance sous la commande
d'une information ou d'un signal de commande généré par le module de commande 220
via un lien qui pourra prendre la forme d'un conducteur ou d'un ensemble de conducteurs
constituant un bus. La figure montre plus particulièrement l'exemple particulier d'un
conducteur 225.
[0035] Le module de puissance 210 comporte spécifiquement tous les composants que l'on rencontre
conventionnellement dans une lampe d'éclairage à LEDs pour la production d'un faisceau
lumineux de forte intensité, et en général basée sur la Modulation en Largeur d'Impulsion
MLI (ou
Pulse Width Modulation dans la littérature anglo-saxonne), bien connue d'un homme du métier et similaire
à celle que l'on rencontre dans les circuits audio de classe D. Cette modulation MLI
est commandée au moyen du signal de commande 225 généré par le module de commande
220. D'une manière générale, l'on notera que le terme "
signal" mentionné précédemment renvoie à une grandeur électrique - courant ou tension -
permettant de provoquer la commande du module de puissance, et notamment la modulation
MLI servant à alimenter en courant la diode LED 231. Il ne s'agit ici que d'un mode
particulier de réalisation, étant entendu qu'il sera possible de substituer au
"signal de commande 225" toute
"information de commande", par exemple une information logique stockée dans un registre et transmise comme cela
a été dit par tout moyen approprié au module de puissance 210 dans le but de commander
la puissance d'émission du faisceau lumineux. Le signal de commande peut donc être
émis sur différents supports selon qu'il s'agit d'un signal ou d'une information.
Ces supports peuvent être une ligne de communication de type bus couplant le module
de commande et le module de puissance ou un simple circuit électronique de transfert
d'une tension ou intensité de contrôle. Dans un mode de réalisation particulier, l'on
pourra même envisager que les deux modules de commande et de puissance soient intégrés
dans un même module ou circuit intégré.
[0036] Un homme du métier comprendra donc aisément que lorsque l'on se réfère à un
"signal de commande 225", l'on englobe indistinctement les réalisations recourant à une grandeur électrique
de commande - courant ou tension - ainsi que les réalisations dans lesquelles la commande
est réalisée au moyen d'une information logique transmise au sein du circuit de puissance.
Pour cette raison, l'on parlera ci-après indistinctement de
signal ou
d'information de commande.
[0037] D'une manière générale, les composants qui composent le module de puissance 210 -
commutateurs et circuits - sont bien connus d'un homme du métier et l'exposé sera
délibérément allégé à cet égard dans un souci de concision. De même, le lecteur sera
renvoyé aux ouvrages généraux traitant des divers aspects de la modulation MLI (ou
PWM).
[0038] En revenant à la figure 2, l'on voit que le module de commande 220 comporte un processeur
221 ainsi que des mémoires volatiles 222 de type RAM et non-volatile (flash, EEPROM)
223 ainsi qu'un ou plusieurs circuits d'entrée/sortie 224. Les mémoires RAM et non
volatiles sont destinées au stockage de données et d'instructions de micro-programmes
ou micrologiciel. Par ailleurs, la mémoire non volatile 223 sert également au stockage
de données représentatives de profils d'activités physiques qui seront utilisées conjointement
avec les données d'accéléromètrie fournies par le capteur accélérométrique 110 comme
cela sera décrit plus loin.
[0039] La lampe frontale comporte par ailleurs un module batterie 250 disposant d'un contrôleur
252 et d'une batterie 251 par exemple de type Ion-Lithium.
[0040] D'une manière générale, le module de commande 220 peut accéder à chacun des autres
modules présents dans la lampe, et notamment au module de puissance 210, au module
de batterie 250, aux deux capteurs de luminosité 120 et d'accélérométrie 110 ainsi
que, le cas échéant, au module de communication 240 permettant une communication bi-directionnelle
(montante - descendante) sans fil avec un téléphone intelligent 300 ou tout autre
dispositif de communication sans fil.
[0041] L'accès du module de commande 220 aux différents composants de la lampe frontale
pourra prendre des formes diverses, soit au moyen de circuits et/ou conducteurs spécifiques
ou ensemble de conducteurs formant un bus. A titre d'illustration, le lien 225 est
représenté dans la figure 2 sous la forme d'un conducteur tandis qu'un véritable bus
de données/adresses/commandes 226 est utilisé pour l'échange d'information entre le
module de commande 220, le module de batterie 250 et le module émetteur/récepteur
240. Il ne s'agit toutefois que d'un mode particulier de réalisation, étant entendu
qu'un homme du métier pourra procéder à diverses modifications et/ou adaptations le
cas échéant pour tenir compte des exigences propres à l'application envisagée.
[0042] En accédant aux différents modules composant la lampe frontale, le module de commande
220 peut à la fois lire et collecter des informations contenues dans chacun de ces
modules et/ou inversement, venir y transférer des informations, des données et/ou
des commandes, comme cela ressortira plus clairement dans la suite de l'exposé.
[0043] C'est ainsi que le module de commande 220 peut envoyer au module de puissance un
signal de commande comme cela est représenté par le signal transmis sur le lien 225
et, plus généralement, peut lire la valeur courante du courant d'alimentation de la
diode 231 transitant via les conducteurs 232 (via des circuits et/ou bus non représentés
sur la figure).
[0044] De manière similaire, le module de commande 220 peut accéder au module de batterie
250 via le bus 226 pour y lire soit les différentes valeurs de tension (suivant le
cycle charge ou décharge en cours) aux bornes de celle-ci et/ou la valeur de l'intensité
délivrée afin de pouvoir en calculer un état de charge (SOC ou
State Of Charge dans la littérature anglo-saxonne).
II. Module de communication 240
[0045] Le module de commande 220 comporte un module de communication 240 permet une liaison
bidirectionnelle sans fil avec un système de traitement de l'information mobile ou
téléphone mobile 300. Dans un mode de réalisation privilégié, l'émetteur ainsi que
le récepteur seront compatibles avec le standard
Bluetooth, de préférence avec le standard
Bluetooth 4.0 Low energy. Dans un autre mode de réalisation, on adoptera plutôt le standard WIFI ou IEEE802.11.
Le module 240 comporte une unité bande de base (non illustrée) couplée à un récepteur
et à un émetteur sans fil, permettant d'organiser un canal de communication montant
(liaison montante-
Uplink) vers le téléphone mobile 300 et, dans le sens contraire, un canal de communication
descendant (
Downlink) vers ce même téléphone. A cet effet, le module de communication 240 peut être amené
à effectuer divers traitements, en série ou en parallèle, sur la représentation numérique
du signal reçu et à transmettre, et notamment, des opérations de filtrage, de calcul
statistique, de démodulation, de codage/décodage canal permettant de rendre la communication
robuste au bruit, etc... De telles opérations sont bien connues dans le domaine du
traitement du signal, notamment lorsqu'il s'agit d'isoler une composante particulière
d'un signal, susceptible de porter une information numérique, et il ne sera pas nécessaire
ici d'alourdir l'exposé de la description.
[0046] Une fois détectés, ces paquets sont transférés au processeur 221 au sein du module
de commande 220.
[0047] Le processeur 221 est donc chargé de l'interprétation des paquets reçus ainsi que
de la mise en forme de paquets pour l'émission selon un format spécifique au standard
utilisé. Ainsi dans le cas du standard Bluetooth Low Energy, ces paquets auront une
structure autour du
Generic Attribute Profile (GATT) standardisé que l'on ne détaillera pas ici. En fonction de l'interprétation
des bits de données inclus dans les paquets reçus, le processeur va reconstruire les
éventuelles informations ou commandes reçues sur la liaison descendante en provenance
du système de traitement de l'information mobile 300. Ayant interprété ces informations
ou commandes, le processeur 221 va ensuite relayer ou convertir cette information
ou commande vers le module concerné. Ainsi dans le mode de réalisation de base, le
processeur 221 identifie des commandes à l'attention du module de puissance 210 afin
de modifier l'intensité lumineuse et en réaction à cette identification est susceptible
de générer une information de commande sur le conducteur 225 à destination du module
de puissance 210 afin que ce dernier procède à la modification de l'intensité lumineuse
générée par l'unité d'éclairage 230.
[0048] En outre, le processeur 221 peut aussi identifier des requêtes de lecture émises
par le système de traitement de l'information mobile associé 300 afin que la lampe
frontale envoie certains paramètres vers le téléphone 300 sur la liaison montante.
[0049] Ces requêtes peuvent ainsi être une requête d'état de charge de la batterie ou de
la valeur de la puissance lumineuse actuelle. Dans ce cas, le processeur 221 va récupérer
les informations nécessaires directement auprès du module concerné et après avoir
réalisé d'éventuels calculs supplémentaires sur ces informations pour obtenir l'information
requise finale (dans le cas de l'état de charge par exemple comme on l'a vu ci-dessus),
va mettre en forme un paquet de données correspondant pour l'émission par le module
émetteur-récepteur 240.
[0050] Il est clair que la figure 2 décrit un mode de réalisation de base, et que bien d'autres
modes de réalisation sont possibles et à la portée d'un homme du métier. Par exemple,
dans un mode plus sophistiqué, d'autres modules pourront être ajoutés au sein de la
lampe frontale et ces modules seront aussi couplés au processeur 221 via le bus 226
par exemple. Ces modules pourront alors aussi échanger en liaison montante ou descendante
des données ou commandes avec le système de traitement de l'information mobile associé
300 qui pourra alors communiquer avec la lampe frontale et lui transmettre diverses
commandes de configuration au moyen d'une application dédiée s'exécutant sur le téléphone
intelligent. Cette application dédiée permet alors de coordonner les différentes fonctionnalités
de la lampe frontale en offrant notamment une interface conviviale avec l'utilisateur
au moyen de laquelle ce dernier pourra soit entrer des paramètres de fonctionnement,
soit venir directement commander la lampe frontale ou sélectionner différentes options
pour les fonctionnalités offertes.
III. Régulation de l'éclairage dynamique ou réactif
[0051] Le module de commande 220 de la lampe frontale 100 met en œuvre une technique d'éclairage
dynamique ou réactif. Cette technique consiste à substituer aux modes de réglages
manuels bien connus - basés sur diverses valeurs de puissances lumineuses préréglées
telle que
faible, moyenne ou
forte, une technique plus automatique permettant de laisser le réglage de la puissance lumineuse
au module de commande 220 et plus spécifiquement à un algorithme de régulation exécuté
par le processeur 221 sous la commande d'un micro-logiciel de régulation stocké en
mémoire non volatile 223.
[0052] Suivant le principe de l'éclairage dynamique ou réactive, le processeur 221 vient
régler la puissance lumineuse en fonction de la valeur de la luminosité ambiante mesurée
par le capteur 120, par exemple en venant sélectionner une valeur choisie parmi un
jeu de N valeurs seuils prédéfinis. Un tel mécanisme de régulation s'apparente donc
à un mécanisme de réglage par pas discrets au sein d'un jeu fini de valeurs de puissance,
permettant au module de commande 220 de venir piloter la lampe frontale en passant
successivement d'une valeur de réglage à une autre valeur choisie dans le jeu de valeurs
prédéterminées.
[0053] Avec un jeu de trois valeurs de réglage prédéterminée, correspondant à trois puissances,
par exemple «
faible », «
moyenne » ou «
forte », le mécanisme de luminosité réactif ou dynamique permet donc le réglage automatique
de la lampe frontale sur la bonne valeur au sein des N valeurs prédéterminées.
[0054] De la même manière, la géométrie du faisceau lumineux pourra être réglée automatiquement
par la sélection, via le module de commande 220, d'un mode de diffusion choisi parmi
un jeu de plusieurs modes prédéterminés : par exemple
large, étroit, ou les deux en même temps.
[0055] Une telle régulation dynamique ou réactive, par pas discrets , s'avère simple et
bon marché à mettre en œuvre et permet une commutation automatique entre des valeurs
seuils prédéfinies.
[0056] Pour autant, un homme du métier pourra envisager un mécanisme de régulation plus
sophistiqué basée sur un véritable asservissement venant intégrer la valeur de la
luminosité au sein d'une boucle de contre-réaction qui pourra être linéaire ou non,
afin de venir fixer la puissance du faisceau lumineux généré par le module 230. A
cet égard, des mécanismes de correction d'erreur pourront être opportunément intégrés
au sein de la boucle de contre-réaction, notamment une correction proportionnelle
(P), proportionnelle-intégrale (PI), voire Proportionnelle intégrale différentielle
(PID) etc... , employé avec des paramètres adéquats.
[0057] Quel que soit le type de régulation lumineuse envisagée, par pas discrets ou au moyen
d'un asservissement linéaire ou non-linéaire, la régulation de l'éclairage dynamique
ou réactif pourra être avantageusement améliorée en venant introduire une exploitation
des données d'accélérométrie µx, µy et µz générées par le capteur accélérométrique
tridimensionnel 110, comme cela va être décrit à présent.
IV. Collaboration de l'accéléromètre 110 au mécanisme de régulation lumineuse dynamique
[0058] Le module d'accélérométrie tridimensionnel 110 fournit des signaux d'accélérométrie
µx, µy et µz suivant trois axes trigonométriques X1, Y1 et Z1. Comme cela est représenté
dans la figure 8, les axes X1 et Z1 sont horizontaux tandis que l'axe Y1 est un axe
vertical et, par ailleurs, les axes X1 et Y1 sont disposés dans un plan sagittal relativement
à l'utilisateur.
[0059] La figure 3a illustre des chronogrammes typiques des signaux µx, µy et µz pour une
activité physique de marche à pied.
[0060] La figure 3b illustre des chronogrammes typiques des mêmes signaux µx, µy et µz pour
une activité physique de bicyclette.
[0061] Enfin, la figure 3c illustre des chronogrammes typiques des signaux µx, µy et µz
pour une activité physique de course à pied.
[0062] La figure 4a illustre plus particulièrement le profil de l'accélération µx, tandis
que les figures 4b et 4c illustrent les profils des accélérations µy et µz, respectivement.
[0063] Comme on le voit sur ces figures, les profils de ces accélérations µx, µy et µz sont
très caractéristiques et se distinguent clairement suivant les trois activités physiques
considérées : Marche à pied ; bicyclette ou vélo ; course à pied ou jogging.
[0064] Afin d'améliorer significativement le mécanisme de régulation réactif ou dynamique,
le module de commande de la lampe frontale 100 est configuré pour venir exécuter un
procédé de détection d'un profil d'activité physique, détecté au sein d'un jeu de
N profils prédéterminés.
[0065] A cet égard, le module de commande 220 est configuré de manière à ce que la mémoire
non volatile 223 comporte une zone mémoire dans laquelle se trouve stockées des données
représentatives de plusieurs profils d'activité physiques, et de préférence les données
représentatives des activités «
marche », «
course à pied » et «
bicyclette ». Par ailleurs, la mémoire non volatile 223 comporte également une zone destinée
au stockage d'un micro-programme permettant le traitement des données d'accélérométrie
µx, µy et µz générées à la volée par le module accélérométrique 3D 110. Cet algorithme
va, comme on le détaillera plus loin en relation avec la figure 5, comparer les données
µx, µy et µz générées en temps réel avec des données stockées en mémoire 223 qui sont
caractéristiques des profils prédéterminés (marche, bicyclette, course à pied) stockés
dans la mémoire. L'algorithme vise à rapprocher, à intervalle régulier, les données
d'accélérométrie d'un profil déterminé de manière à faire entrer les signaux générés
par l'accéléromètre dans la catégorie d'activité physique prédéfinie, c'est à dire
celle correspondant aux différents profils stockés dans la mémoire de la lampe frontale.
[0066] La figure 5 illustre un procédé de régulation lumineuse conforme à la présente invention,
basé conjointement sur la détection de la luminosité ambiante des l'exploitation de
données d'accélérométrie.
[0067] Dans une étape 510, le procédé génère à intervalles réguliers, par exemple toutes
les 20 millisecondes, un jeu de données d'accélérométrie µx, µy et µz fournies par
le module accéléromètre 3D 110. Optionnellement le procédé pourra se limiter à une
partie seulement des données d'accélérométrie, par exemple la seule donnée µy suivant
la direction verticale Y1.
[0068] Dans une étape 520, le procédé effectue le stockage des données µx, µy et µz au sein
de la mémoire vive RAM 222.
[0069] Puis, dans une étape 530, les données d'accélérométrie µx, µy et µz font l'objet
d'un traitement numérique permettant de venir sélectionner un profil d'activité physique
au sein d'un jeu de N profils prédéterminés stockés en mémoire non-volatile 223. Plusieurs
procédés sont utilisables pour réaliser la sélection ou détection du profil d'activité
physique et seront exposés plus en detail dans la section V de la présente description.
[0070] Dans une étape 540, le procédé utilise le profil sélectionné dans l'étape 530 comme
pointeur d'entrée pour accéder à une table de correspondance (LUT-
Look-up table) dans lequel se trouvent stockés des valeurs et paramètres propres au mécanisme de
régulation dynamique ou réactif appliqué par le module de commande 220 de la lampe
frontale 100, et permettant la génération de l'information ou du signal de commande
225 transmis au module de puissance 210.
[0071] Dans un mode de réalisation particulier, les paramètres lus dans la table de correspondance
LUT correspondent à des valeurs de seuils chargées dans des registres utilisés par
l'algorithme de régulation réactif ou dynamique.
[0072] Plus spécifiquement, les paramètres se réduisent à une valeur de seuil correspondant
à un minimum d'éclairage considéré par l'algorithme de régulation dynamique.
[0073] Alternativement, dans le cas où l'algorithme de régulation dynamique utilise un jeu
de registres distincts dans lesquels sont stockés des valeurs de seuil correspondant
à diverses luminosités, la lecture de la table de correspondance permet de fournir
ces valeurs de seuil. Ainsi, se trouvent définies, en fonction des données d'accélérométries
µx, µy et µz, la valeur minimale de la luminosité, mais possiblement également la
valeur maximale de la puissance lumineuse.
[0074] Comme on le comprendra, un homme du métier pourra concevoir diverses variantes dans
l'utilisation des valeurs extraites de la table de correspondance. Il est à noter
que ces valeurs pourront servir à fixer des paramètres plus généraux que des seuils,
et notamment des variables utilisées dans des mécanismes automatique de régulation
linéaires ou non, par exemple des paramètres ou variables de correction intégrale,
ou proportionnelle - intégrale etc, afin d'adapter plus finement le mécanisme de régulation
réactif ou dynamique au profil d'activité physique détecté.
[0075] Puis dans une étape 550, le procédé lit la table LUT et extrait le ou les paramètres
qui s'y trouve(nt) stocké(s) et, dans le cas du mode de réalisé préféré particulièrement
économique à mettre en œuvre, le procédé extrait la valeur seuil minimale qu'il convient
d'appliquer au mécanisme de régulation lumineuse réactive ou dynamique.
[0076] Dans une étape 560, le mécanisme de régulation lumineuse réactif ou dynamique est
exécuté en utilisant la/les valeur(s) extraite(s) de la table LUT de manière à venir
adapter précisément cette régulation, et le cas échéant la boucle de contre-réaction
venant fixer la puissance lumineuse générée par la lampe frontale pour l'adapter à
l'activité physique identifiée dans l'étape 530. Ainsi l'information de commande ou
le signal de commande transmis via le conducteur 225 est générée à partir de la valeur
ou des valeurs extraite(s) de la LUT, conjointement avec l'information fournie par
le capteur de lumière 120.
[0077] Dans le mode de réalisation préféré basé sur la lecture d'une unique valeur de seuil
minimale au sein de la table LUT, la régulation dynamique ou réactive est donc appliquée
de manière à assurer, dans tous les cas, une puissance lumineuse minimale correspondant
à la valeur de seuil extraite de la table LUT.
[0078] Il est à noter que diverses variantes pourront être envisagées par un homme du métier
et notamment des variantes portant sur le réglage de la géométrie du faisceau. En
effet, la table LUT pourra opportunément comporter, outre la valeur de seuil minimale
évoquée précédemment, un ou plusieurs paramètres supplémentaires permettant de fixer
la géométrie du faisceau, et en particulier le fait d'utiliser une collimation large,
ou étroite, voire une combinaison des deux. On pourrait même prévoir avantageusement
de venir extraire de la table LUT les proportions de répartition de la puissance lumineuse
sur les trois faisceaux large, mixte et pointu en fonction de l'activité physique
détectée.
[0079] Puis, dans une étape 570, le procédé boucle vers l'étape 510 pour effectuer la lecture
et le traitement de nouvelles données d'accélérométrie µx, µy et µz.
[0080] Comme on le voit, le mécanisme de régulation lumineuse réactif ou dynamique est avantageusement
enrichi par l'apport des données d'accélérométrie obtenues à la volée de l'accéléromètre
110, et que le module de commande 220 traite pour rapprocher les données traitées
d'un profil d'activité physique prédéterminé stocké dans la mémoire non-volatile 223
qui, une fois identifié, permet de consulter la table LUT de manière à venir extraire
les paramètres et valeurs de réglage les plus appropriés pour la régulation lumineuse.
[0081] De cette manière, l'on parvient à faire coopérer avantageusement l'utilisation de
la luminosité ambiante captée par le capteur 120 avec les données d'accélérométrie
brutes µx, µy et µz générées directement par le capteur accélérométrique 3D 110.
[0082] La figure 6 illustre l'effet du procédé qui vient décrit ou l'on voit que le seuil
de niveau bas réglé sans l'apport des données d'accélérométrie reste à un même niveau
quelle que soit l'activité considéré, par exemple de la marche (partie gauche de la
figure), de la course à pied (partie milieu de la figure) et de la bicyclette ou du
VTT (partie droite de la figure). Si ce niveau bas ne pose aucune difficulté pour
une activité de type marche, on observe en revanche que ce même niveau bas présente
une zone d'inconfort pour une activité de course à pied et devient même une zone de
danger pour une activité de type VTT.
[0083] Comme cela vient d'être décrit, le procédé décrit dans la figure 5 permet de venir
monter le seuil de niveau bas, pour l'adapter à un premier niveau plus élevé pour
une activité de course à pieds et le monter à un second niveau encore plus haut pour
une activité de type VTT, afin que l'utilisateur ne se trouve jamais dans la zone
d'inconfort représentée dans la partie milieu de la figure 6 et encore moins dans
la zone de danger de la partie droite de cette même figure.
[0084] On voit donc au final que le procédé permet une adaptation plus fine de la puissance
lumineuse déterminée suivant un procédé de régulation réactive ou dynamique, qui tient
compte du profil d'activité physique considéré.
[0085] Il est à noter que l'on a décrit un jeu de trois profils d'activité mais que l'invention
pourra opportunément être utilisées pour un nombre plus élevé de profils (escalade,
ski alpin, ski nordique ...)
V. Procédé de détection d'activité physique
[0086] La détection de l'activité physique est basée sur un capteur d'accélération tridimensionnelle
3D 110 qui comporte trois accéléromètres élémentaires :
.- un premier accéléromètre élémentaire, configuré pour mesurer l'évolution d'une
première composante d'accélération µx, longitudinale, de la lampe suivant un premier
axe (X1) sensiblement parallèle à la direction du mouvement de la lampe,
.- un deuxième accéléromètre élémentaire, configuré pour mesurer l'évolution d'une
deuxième composante d'accélération µy, verticale, de la lampe suivant un deuxième
axe (Y1) sensiblement parallèle à la direction verticale terrestre locale,
.- un troisième accéléromètre élémentaire, configuré pour mesurer l'évolution d'une
troisième composante d'accélération µz, latérale, suivant un troisième axe (Z1) perpendiculaire
aux premier et deuxième axes.
[0087] Les axes X1 et Y1 sont placés dans un plan sagittal par rapport à l'utilisateur.
[0088] Chaque accéléromètre élémentaire est configuré pour fournir une série temporelle
de valeurs d'accélération élémentaires suivant leur axe correspondant. La première
série temporelle, fournie par le premier accéléromètre élémentaire, forme un premier
signal brut élémentaire, désigné par
S1
b(
t,µ), qui varie en fonction du temps t et du profil de mouvement
µ du capteur d'accélération 3D par rapport au repère local terrestre. La deuxième série
temporelle, fournie par le deuxième accéléromètre élémentaire, forme un deuxième signal
brut élémentaire, désigné par
S2
b(
t,µ), qui varie en fonction du temps t et du profil de mouvement
µ du capteur d'accélération 3D par rapport au repère local terrestre. La troisième
série temporelle, fournie par le troisième accéléromètre élémentaire, forme un troisième
signal brut élémentaire, désigné par
S3
b(
t,µ)
, qui varie en fonction du temps t et du profil de mouvement
µ du capteur d'accélération 3D par rapport au repère local terrestre. Le profil de
mouvement
µ du capteur d'accélération 3D est par exemple celui d'un marcheur, désigné par
µ1, celui d'un cycliste, désigné par
µ2, ou celui d'un coureur à pied, désigné par
µ3. Tel que notamment illustrés dans les figures 8a à 8d.
[0089] Le module de commande 220 comporte un circuit électronique numérique - qui pourra
être avantageusement réalisé au moyen du processeur 221 associé à sa mémoire ou au
moyen de tout autre processeur numérique de signaux (en anglais
digital signal processor DSP) spécialisé, et qui est configuré pour traiter un seul ou au moins deux des signaux
bruts
S1
b(
t,µ),
S2
b(
t,µ),
S3
b(
t,µ) fournis par le capteur d'accélération 3D suivant un procédé 700 ou algorithme de
traitement du signal et de détermination du profil de mouvement du capteur d'accélération
3D illustré dans la figure 7, et permettant finalement la détection de l'activité
physique utile au procédé de la figure 5.
[0090] Le procédé 700 de la figure 7 comporte une étape initiale de filtrage 710 facultative,
suivi d'une étape d'extraction de caractéristiques 720, puis d'une étape de décision
730 par seuillage.
[0091] Dans l'étape initiale 710 du procédé de traitement 700, désignée par «
étape de filtrage », un ou plusieurs des signaux bruts
S1
b(
t,µ),
S2
b(
t,µ),
S3
b(
t,
µ) sont filtrés respectivement en des nouveaux signaux, appelés signaux utiles et désignés
par
S1
u(
t,µ)
, S2
u(
t,µ)
, S3
u(
t,µ), dans lesquels les informations utiles sont encore présentes mais où les informations
nuisibles, appelées « bruit » (ici bruit électronique du capteur d'accélération 3D),
sont soit supprimées soit affaiblies. L'information globale contenue dans le signal
a donc à ce niveau un certain degré de spécialisation. Dans le cas où l'étape initiale
de filtrage 710 est omise, les signaux bruts
S1
b(
t,µ),
S2
b(
t,µ),
S3
b(
t,µ) sont respectivement identiques aux signaux utiles
S1
u(
t,µ),
S2
u(
t,µ),
S3
u(
t,µ)
[0092] Suivant les Figures 8A, 8B, 8C et 8D les signaux utiles du triplet (
S1
u(
t,µ),
S2
u(
t,µ)
, S3
u(
t,µ)) sont illustrées respectivement pour différents profils de mouvements
µ0,
µ1,
µ2 et
µ3 du capteur d'accélération 3D 110.
[0093] Suivant la Figure 8A, les signaux utiles
S1
u(
t,µ0),
S2
u(
t,µ0) et
S3
u(
t,µ0), illustrés respectivement sur une première courbe 802, une deuxième courbe 804,
une troisième courbe 806, sont typiquement ceux d'un capteur d'accélération 3D ayant
la forme 808 d'un profil de mouvement de référence
µ0, correspondant à un mouvement de faible amplitude ou quasi-nul du capteur d'accélération
3D.
[0094] Suivant la Figure 8B, les signaux utiles
S1
u(
t,µ1),
S2
u(
t,µ1) et
S3
u(
t,µ1), illustrés respectivement sur une quatrième courbe 822, une cinquième courbe 824
et une sixième courbe 826 sont typiquement ceux d'un capteur d'accélération 3D ayant
la forme 828 d'un profil de mouvement
µ1 d'un marcheur (en anglais « walking »).
[0095] Suivant la Figure 8C, les signaux utiles
S1
u(
t,µ2)
, S2
u(
t,µ2) et
S3
u(
t,µ2), illustrés respectivement sur une septième courbe 842, une huitième courbe 844
et une neuvième courbe 846 sont typiquement ceux d'un capteur d'accélération 3D ayant
la forme 848 d'un profil de mouvement
µ2 d'un cycliste (en anglais « biking »).
[0096] Suivant la Figure 8D, les signaux utiles
S1
u(
t,µ3)
, S2
u(
t,µ3) et
S3
u(
t,µ3), illustrés respectivement sur une dixième courbe 862, une onzième courbe 864et
une douzième courbe 866 sont typiquement ceux d'un capteur d'accélération 3D ayant
la forme 868 d'un profil de mouvement
µ3 d'un coureur à pied (en anglais « jogging »).
[0097] L'objet de l'étape d'extraction de caractéristiques 720 est d'extraire d'au moins
un des signaux utiles
S1
u(
t,µ),
S2
u(
t,µ),
S3
u(
t,µ) un ensemble fini d'un plusieurs paramètres, si possible indépendants, représentatifs
du phénomène observé, et permettant de le décrire.
[0098] L'extraction de caractéristiques mises en œuvre dans l'étape 720 permet en d'autres
termes le passage d'un signal utile vectoriel ou scalaire vers des données. La différence
entre ces deux types est importante : un signal peut être vu comme un ensemble de
points pour lequel chaque point possède un fort taux de dépendance (déterministe ou
statistique) avec ses voisins. Des données représentent un ensemble de points où cette
notion de voisinage est moins importante. En réalité, le passage du signal vers les
données se fait le plus souvent en plusieurs étapes. Les entités intermédiaires portent
alors indifféremment le nom de signal, estimateur, ou données. Le but principal de
l'extraction de caractéristiques est d'aboutir, à partir du signal utile, à des données
indépendantes entre elles et représentant de manière exhaustive le phénomène à interpréter.
[0099] De manière générale, les signaux utiles ici étudiés peuvent être caractérisés par
des estimateurs élémentaires que sont les moments de ces signaux : la moyenne (moment
d'ordre 1), et le pseudo-écart-type (moment d'ordre 2) sont les plus connus et plus
utilisés. Par exemple, un estimateur peut être une fonction d'un ou plusieurs moments
d'un même signal utile.
[0100] Suivant un premier mode de réalisation, le signal utile
S2
u(
t,µ) qui mesure l'évolution de la deuxième composante d'accélération verticale de la
lampe peut caractériser à lui seul le profil de mouvement de la lampe à partir de
son moment d'ordre 2, c'est dire sa variance. Suivant le premier mode de réalisation
l'estimateur permettant de caractériser le profil de mouvement de la lampe s'écrit
sur une fenêtre d'échantillonnage courante et glissante de durée prédéterminée T
est par l'équation suivante :

dans laquelle :
.-Nech désigne le nombre total d'instants d'échantillonnage équiréparties dans la
fenêtre d'échantillonnage courante,
.- mS2 désigne la moyenne statistique du signal utile S2 calculée dans la fenêtre
d'échantillonnage courante calculée à partir des mesures de signal utile S2 aux mêmes
instants d'échantillonnage tk.
[0101] Ici l'estimateur élémentaire considéré Est(S2) est la variance statistique du signal
utile
S2
u(
t,µ)
.
[0102] Ensuite, dans l'étape de décision 730 par seuillage, le type de profil de déplacement
de la lampe est déterminé par un seuillage sur l'estimateur
Est(
S2)(
µ).
[0103] Ces estimateurs élémentaires pris isolément peuvent ne pas toujours être suffisants
pour proposer une bonne description d'un problème complexe. De manière à choisir systématiquement
des estimateurs cohérents et utiles à l'interprétation d'un signal, des méthodes d'analyse
plus sophistiquées peuvent s'avérer utiles.
[0104] Pour des problèmes complexes, l'extraction efficace des caractéristiques est très
souvent ramenée par les statisticiens à la détermination de la dimension du problème.
Cette dimension est donnée par le nombre minimal de paramètres permettant de représenter
le problème de manière exhaustive. Ces paramètres sont alors appelés variables du
problème. Par définition ces variables sont variables sont indépendantes l'une des
autres, cela diminue de 1 la dimension du problème. Dans la pratique, pour des problèmes
complexes, il est très difficile de construire le vecteur des variables. En effet
il est rare que les estimateurs que l'on sait extraire d'un signal soient totalement
indépendants les uns des autres. De plus, la construction de ces estimateurs demande
un modèle mathématique « parfait » du problème (au sens de la physique), ce qui n'est
pas toujours possible. Un certain nombre de méthodes d'analyse permettent d'extraire,
de construire un vecteur de paramètres à partir d'un vecteur quelconque. Ces méthodes
sont regroupées sous le terme générique d'analyse factorielle.
[0105] L'analyse factorielle procède d'un raisonnement géométrique sur les données. On considère
le signal comme un « nuage de points » dans un espace à N dimensions, et l'on cherche
à déterminer les caractéristiques géométriques de ce nuage : axes principaux (vecteurs
propres), étalement, facteurs de forme, ...Pour cela, l'approche est de calculer les
vecteurs propres du nuage de points, puis de changer d'espace, de manière à exprimer
les coordonnées des points du nuage, ainsi que toutes les relations connues sur ces
points, dans l'espace des vecteurs propres. Parmi les méthodes statistiques d'analyse
factorielle se trouve :
.- l'analyse en composantes principales,
.- l'analyse factorielle des correspondances,
.- l'analyse factorielle des correspondantes multiples
.- l'analyse factorielle discriminante,
.- la régression linéaire,
.- la classification par k-moyennes (en anglais k-means),
.- la caractérisation par géométrie fractale.
[0106] Par exemple, suivant un deuxième mode de réalisation, la dimension du problème d'estimation
du profil de déplacement de la lampe est considérée égale à 3. Les trois variables
élémentaires sont formées par les variances statistiques respectives Est(S1)(µ), Est(S2)(µ),
Est(S3)(µ), des signaux utiles
S1
u(
t,µ),
S2
u(
t,µ),
S3
u(
t,µ)
. Un estimateur scalaire noté Est(S1,S2,S3)(µ)du signal utile vectoriel (
S1
u(
t,µ)
, S2
u(
t,µ)
, S3
u(
t,µ)) est déterminé comme une combinaison linéaire des variances statistiques Est(S1)(µ),
Est(S2)(µ), Est(S3)(µ) suivant l'équation :

dans laquelle les paramètres a, b, c sont déterminés par apprentissage sur le signaux
utiles d'apprentissages {
S1
u(
t,µ0),
S2
u(
t,µ0),
S3
u(
t,µ0)
, {
S1
u(
t,µ1),
S2
u(
t,µ1)
, S3
u(
t,µ1), {
S1
u(
t,µ2)
,S2
u (
t,µ2)
t,),S3
u(
t,µ2),
et {
S1
u(
t,
µ3),
S2
u(
t,µ3) et
S3
u(
t,µ3).
[0107] Ensuite, dans l'étape de décision 308 par seuillage, le type de profil de déplacement
de la lampe est déterminé par un seuillage sur l'estimateur scalaire
Est(
S1
, S2,
S3)(
µ).
[0108] Il est à noter que ces réalisations plus complexes, recourant à la combinaison de
plusieurs variables, rendent le procédé de détection plus robustes, notamment au regard
d'une éventuelle rotation de la tête de l'utilisateur par rapport à l'un des axes.
VI. Perfectionnements supplémentaires et avantages de l'invention
[0109] Dans un mode de réalisation préféré, le profil d'activité physique identifié par
le module de commande 220 est transmis par la liaison sans fil au téléphone mobile
300 de manière à ce que celui-ci puisse informer, à tout moment, de l'activité physique
détectée automatiquement suivant la technique précédemment pour, le cas échéant, permettre
à l'utilisateur de venir corriger la détection et permettre un apprentissage adaptatif
du procédé de détection de l'activité physique.
[0110] Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, la lampe frontale est configurée
pour lire à la volée des données d'accélérométrie µx, µy et µz pour déterminer la
chute de l'utilisateur et, dans ce cas, de déclencher une procédure d'urgence. En
particulier, la procédure pourra se baser sur l'envoi d'un signal d'alerte au téléphone
mobile de manière à lancer la génération d'un message de secours, de type SMS ou courriel.
[0111] Alternativement, ou cumulativement, la procédure d'alerte comportera l'activation
de la lampe pour la génération d'une séquence lumineuse d'alerte, comme par exemple
un codage MORSE de la séquence bien connue S.O.S.
[0112] Tout autre procédure d'alerte pourra être envisagée dès lors que le module de commande
220 de la lampe frontale aura détecté la chute de l'utilisateur.
[0113] Enfin, il est utile de noter que l'invention n'est pas limitée aux seules lampes
frontales et pourra être utilisée appliquée pour une lampe à main.