EP0312442B1 - Projecteur de route de faible hauteur à grande récupération de flux pour véhicule automobile - Google Patents

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EP0312442B1
EP0312442B1 EP88402564A EP88402564A EP0312442B1 EP 0312442 B1 EP0312442 B1 EP 0312442B1 EP 88402564 A EP88402564 A EP 88402564A EP 88402564 A EP88402564 A EP 88402564A EP 0312442 B1 EP0312442 B1 EP 0312442B1
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EP
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reflector
vertical
height
headlamp
light source
Prior art date
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Eric Blusseau
Norbert Brun
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Valeo Vision SAS
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Valeo Vision SAS
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    • F21S41/336—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature the reflector consisting of patch like sectors with discontinuity at the junction between adjacent areas

Definitions

  • the present invention relates in general to road headlights for motor vehicles, and in particular relates to a road headlight having a low height, which makes it possible to obtain good recovery of the light flux emitted by the lamp, and which forms, upstream of the closing glass, a light distribution particularly well suited to the desired light function.
  • a well-known solution to this problem consists in using a projector which, optically, is conventional and includes a lamp whose filament (or other source) is focused in a reflector in the form of a paraboloid of revolution, as well as a closing glass, and to truncate the reflector by two upper and lower flat cheeks.
  • the present invention aims to overcome the drawbacks of the prior art and to propose a headlamp capable of emitting a driving beam which, while being of a very reduced height to meet the most recent design requirements, offers a beam of high light intensity thanks to good recovery of the flux emitted by the source.
  • Another object of the invention is to give the images of the filament formed by the reflector an orientation particularly suited to the formation of a driving beam. It may be recalled in this regard that the visual comfort of a driving beam is given on the one hand, by a peak of concentration in the axis of the road (that is to say the optical axis of the headlamp) and on the other hand, by a large width and a small thickness of the beam.
  • the invention also aims to ensure that a high proportion of the images of the filament participating in the formation of the beam are horizontal or slightly inclined.
  • the present invention relates to a headlamp for a motor vehicle, comprising the features of claim 1.
  • the light source is an elongated filament oriented along the optical axis.
  • the bottom part of the reflector extends forward to the vertical plane perpendicular to the optical axis and passing through the light source.
  • the deflecting means in projection in a horizontal plane, occupy on either side of the optical axis, relative to the light source, an angular interval substantially equal to the interval angular occupied by the edge parts of the reflector, and the rays re-emitted by the deflecting means are contained in the respective vertical planes containing the incident rays.
  • the deflecting means comprise two toric lens elements centered on the light source and extending over the entire height of the reflector, and each constituted by a succession of stepped deflecting prisms.
  • the edge parts of the reflector are parts of a parabolic cylinder with vertical generator having for focal line a vertical line passing through the light source, and the toric lens elements and the two pairs of auxiliary reflectors each occupy about a third of the height of the projector.
  • a headlamp according to a first aspect of the present invention comprises a lamp 100, a complex reflector, generally indicated in 200, refractive deflection means 300 as well as a front closing glass 400.
  • the lamp 100 is provided with a filament 102 which will be considered at first approximation as cylindrical, disposed axially on the optical axis x-x of the projector.
  • the reflector 200 firstly comprises a bottom portion 210 which is in the form of a paraboloid of revolution, the focus of which F1 is located approximately in the center of the filament 102, on the axis x-x.
  • the ratio between its focal length and the total height of the reflector is of the order of 1: 4, for the purposes explained below.
  • the reflector 210 extends forward to the vertical plane perpendicular to the optical axis xx and passing through the center of the filament 102, as indicated by the lateral traces in the form of arcs of circle centered on said filament shown in FIG. 2.
  • the bottom reflector 210 is, however, extended forward, being delimited at the top and bottom by the two horizontal planes between which the projector is contained. These extensions are indicated at 212. In this way, the bottom reflector 210 covers the entire light field emitted by the filament 102 towards the rear, and even more.
  • the reflector further comprises two edge parts 222, 224 which cooperate with the deflecting means 300.
  • the deflecting means consist of two toric fresnel lens elements with a vertical axis, respectively 302, 304, focused on the center of the filament 102 and comprising on their inner surface deviating prisms staggered in succession contained in respective horizontal planes.
  • the deflecting prisms can alternately be formed on the outer surface of the lenses 302, 304.
  • volume or "toric" surface is meant a volume or surface generated by the rotation of a plane circumference, and by extension of any plane curve, around an axis contained in the plane of the circumference or curve.
  • the two corresponding edge reflectors 222, 224 consist of two symmetrical parts of the same parabolic cylinder with vertical generator, focused on a vertical focal line passing through the center of the filament 102 (line F2 in FIGS. 2 and 4), and having as a plane / axis the vertical plane passing through the optical axis xx.
  • each toric lens and the associated edge reflector cover the same angular interval of the light field of the filament. More precisely, this interval begins at the level of the line transverse to the optical axis xx, which corresponds to the transition with the bottom reflector 210, and ends at an angle ⁇ defined by the position of the extreme lateral edge of the part 222 or 224 of the reflector 220 relative to the filament.
  • each toric lens 302, 304 is substantially interrupted at the level of the straight line joining said extreme edge of the associated reflector part 222, 224 to the filament 102.
  • the closing glass 400 may include prisms or vertical striations slightly deflecting making it possible to perform a slight lateral spreading of the beam.
  • the headlamp described above behaves optically as follows.
  • the filament 102 and the bottom reflector 210 generate, in a conventional manner, a beam of rays parallel to the optical axis, of relatively high intensity (rays R1 in FIGS. 1 to 4).
  • the light rays coming from the filament in the direction of a lens 302 or 304 are folded by the latter, the deflection taking place in a vertical plane, to propagate horizontally in the direction of the associated edge reflector 222 or 224. Since, by the very definition of the toric lens considered, the ray thus deflected has the virtual origin of the vertical focal line F2 of this reflector, it is therefore reflected by the latter in order to propagate after reflection in a horizontal direction substantially parallel to the optical axis Ox (rays R2 in FIGS. 1 to 4).
  • the extension portions 212 of the bottom reflector 210 are defined from a double concern.
  • the bottom reflector thus designed does not obscure any of the light rays intended to be taken up by the toric lenses 302 and 304, the extensions 212 located on the same side defining between them a kind of window for these rays ( see in particular figure 4).
  • such a reflector optimally covers the rectangular area reserved for the beam coming from this reflector, area which is defined by the free space existing on the one hand, between the vertical anterior edges of the lenses 302 and 304 and d
  • the upper and lower horizontal limits of the projector as clearly shown in Figure 2.
  • a high beam headlamp as described above offers a recovery of the luminous flux emitted by the filament which is much higher than that of a truncated paraboloid headlamp of the prior art.
  • strongly rising or falling rays such as radius R ′ 2 ( Figure 2), which in the front projector would meet the upper or lower cheek of the reflector and would therefore be lost, are here largely recovered by one of the lenses 302 and 304 and returned to the corresponding edge reflector to participate in the beam formation. Only the rays very strongly inclined beyond about 45 ° or directed substantially forward, that is to say not included in the angular intervals ⁇ , are not recovered.
  • the beam forming means constituted by the lenses 302 and 304 and the edge reflectors 222 and 224 generate images of the filament which are essentially horizontal or slightly inclined relative to the horizontal.
  • the lenses, which are arranged relatively laterally with respect to the filament form at their exit rays which correspond to images of the filament which are slightly inclined, and the reflection on the parabolic cylinder 222 or 224 has the property of not accentuating this tilt.
  • the images of the filament have a predisposition to form a beam of road, which conventionally or does not wish to give an excessive thickness, in particular in order not to illuminate the road too close to the vehicle.
  • FIG. 5 to 8 There is shown in Figures 5 to 8 a headlamp according to a second aspect of the present invention.
  • the bottom reflector 210 which is again here in the form of a paraboloid of revolution focused approximately in the center of the filament 102, no longer has parts extending forward. Its outline is therefore ( Figures 6 and 8) a circle centered on the filament 102 and contained in the plane perpendicular to the optical axis x-x and passing through said filament.
  • the deflecting means 300 are composed of several elements, each occupying respectively about a third of the total height of the reflector.
  • the deflecting means consist of two toric lenses 302, 304 similar to those of the first embodiment of the invention, except for the fact that they occupy a reduced height in the headlight .
  • the deflecting means 300 further comprise, above and below the toric lenses, four auxiliary reflectors, respectively 312, 322, 314, 324, each of which has the property of reflecting the light rays so that after reflection they propagate horizontally in the vertical plane containing the incident ray (R3 rays). It could be demonstrated that reflective surfaces having such a property are toroidal paraboloids, that is to say surfaces respectively generated by the rotation of a parabola, having a horizontal axis and a focal point located in the center of the filament 102, around a vertical axis passing through the center of said filament.
  • each of the two reflectors 312, 322 and 314, 324, respectively, located on the same side belong to the same toroidal paraboloid, and the two toric paraboloids intersect each other at two points situated on the vertical line passing through the center of the filament, at the height of the upper and lower edges respectively of the toric lenses 302 and 304.
  • edge reflectors 222 and 224 are therefore two symmetrical parts of the same parabolic cylinder with horizontal generator, of focal line F2 and having the vertical plane incorporating for the axis plane the optical axis xx.
  • the different elements constituting the deflecting means projected in a horizontal plane, have an angular working range (angle ⁇ ) included for each side, between the line horizontal perpendicular to the optical axis xx and the right joining the filament 102 to the extreme edge of the cylindro-parabolic reflector considered.
  • optical behavior of such a projector is essentially similar to that of the embodiment of Figures 1 to 4 except that the deflecting means 300 see in their upper and lower regions toroidal reflective parabolic surfaces replace the toric refracting lenses of FIG. 1. This results in an increased recovery of the rays strongly inclined upwards or downwards emitted by the filament, of course in measurement, as is also the case for the first embodiment, where these radii are included in the angular range ⁇ mentioned above.
  • deflecting means 300 As regards the combination of deflecting means 300 / edge reflectors, it is possible, as in the second embodiment, to separate them into three distinct stages of heights which may be similar. The most apparent difference compared to this second embodiment is that the structural differences between the different stages manifest themselves this time also at the edge reflectors, as shown in particular in FIG. 12.
  • the deflecting means comprise a toric lens 306 similar in its design to the lenses 302, 304 of the preceding figures, but which extends angularly, in projection in a horizontal plane, on 180 ° in front of the source.
  • This lens 306 cooperates with homologous reflecting zones 222, 224 of the edge parts of the reflector, which are symmetrical parts of a parabolic cylinder with vertical generator as defined above.
  • the deflecting means comprise, on the upper and lower stages, auxiliary reflectors 312, 314 and 322, 324, respectively, which are in the form of parabolic cylinders. More precisely, each auxiliary reflector is defined by a horizontal generator, parallel to the optical axis xx, resting on a parabola contained in a vertical plane perpendicular to said optical axis, of horizontal axis and of focal point located approximately in the center of the filament 102.
  • the two upper and lower auxiliary reflectors located on the same side of the projector actually belong to the same parabolic cylinder, and the two parabolic cylinders, generating the four auxiliary reflectors, are symmetrical with respect to the longitudinal vertical plane of the reflector and are mutually truncate along central straight lines (reference D in FIG. 9) situated at the height of the upper and lower edges of the lens 306.
  • these parabolic cylinders defining part of the deflecting means 300 do not generate, as virtual source of the reflected rays, a straight line such as F2 (FIGS. 6 to 8), but generate each another vertical line, respectively F ′ 2 and F ⁇ 2 , which can be shown to be contained in the vertical plane passing through the center of the filament and perpendicular to the optical axis xx and offset laterally on the side opposite that of the auxiliary reflector considered.
  • the two parabolic cylinders generating the upper and lower parts of the deflecting means 300 create vis-à-vis the edge reflectors of the virtual sources in the form of vertical lines offset respectively on either side of the filament by an equal distance. approximately twice the focal length of said generators.
  • the edge reflectors are parabolic cylinders with vertical generatrix, of vertical plane-axis parallel to the optical axis xx, and focused respectively on the vertical focal lines F ′ 2 and F ⁇ 2 .
  • the upper and lower edge reflectors designated by the references 232, 234 and 242, 244, associated respectively with the cylindrical-parabolic auxiliary reflectors 312, 314 and 322 , 324 deflecting means 300, and the intermediate edge reflectors 222, 224 associated with the toric lens 306.
  • the projector described above has the following behavioral characteristics.
  • the auxiliary reflectors do not create practically any occultation of the beam created by the bottom reflector 210. Indeed, their characterization by a horizontal generator parallel to the emission axis xx results in the fact that the projector of their contours in the vertical plane of Figure 10 is reduced to their section as shown in the latter figure.
  • the rays coming from the filament towards any one of the constituent elements of the deflecting means 300 are first of all deflected by refraction (radius R2) or reflection (radius R3) to take a direction of horizontal propagation, then are taken up by the edge reflectors 222, 224, 232, 234, 242, 244 to be reflected in a direction essentially parallel to the optical axis.
  • this latter embodiment in addition to the optical characteristics common to the three embodiments described, this latter embodiment, as indicated above, has its toric lens extended in front of the filament.
  • the directed rays towards this lens and not taken up by the edge reflectors contribute to forming the part of large width and low height of the beam, over an angular extent of approximately 45 ° on either side of the optical axis (radius R4 on Figure 11).
  • FIG. 13 illustrates, in a projection plane perpendicular to the optical axis, the position of a certain number of images of the filament as they are generated by a part of the projector of FIGS. 9 to 12, devoid of its glass closure, and more particularly by the association of auxiliary reflectors forming part of the deflecting means 300 and the corresponding edge reflectors.
  • Example A the reflector of which consisted of a paraboloid truncated by upper and lower cheeks, with projectors designed respectively according to each of the three embodiments of the invention (samples nos. 1 to 3).
  • the dimensions of the outlet opening of the reflector were 80 mm ⁇ 200 mm, and the basic focal distance was of the order of 20 mm for each of them, ie a substantially identical depth of one projector to another.
  • the flux recovery was estimated by using the same lamp in each of the reflectors and by determining by calculation the solid angle for which the rays coming from the source were captured by the various elements of the optical system to participate in the formation of the beam.
  • FIG. 14 shows, in front view, an alternative embodiment of the bottom part 210 of the main reflector 200.
  • the bottom 210 comprises two lateral parts 213, 214 and two respectively upper and lower parts 215 and 216, delimited by two planes P1 and P2 inclined by the same angle ⁇ in two opposite directions on either side of the vertical axial plane of the projector. These four parts are focused on the filament or in its vicinity.
  • the lateral parts have a focal distance substantially equal to that of the lateral parts in the form of parabolic cylinders 222, 224 of the reflector, while the upper and lower parts 215, 216 have a focal distance which, as described above, is determined as a function of the height of the reflector, and more precisely equal to a quarter of this height.
  • the angle ⁇ which characterizes the transition between the various parts of this bottom reflector 210 is preferably determined as a function of the focal distance of the lateral parts 213 and 214 and of the height of the reflector, so that these parts do not extend beyond the upper and lower limits of said reflector. More precisely, the relation 4f.sin ⁇ h must be verified.
  • This bifocal configuration of the bottom reflector is advantageous because it allows the bottom reflector to extend laterally until the beginning of the lateral parabolic cylinders and in addition to present an optimal flux recovery at the top and at the bottom taking into account the height at which the reflector is limited.
  • the bottom reflector preferably had, at least in its upper and lower regions, a focal distance equal to a quarter of the height of the projector. This makes it possible in practice to give said reflector, when it is interrupted at the level of the transverse vertical plane passing through its focal point (by the filament), a height equal to that of the projector, as can easily be demonstrated.

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Description

  • La présente invention concerne d'une façon générale les projecteurs de route pour véhicules automobiles, et concerne en particulier un projecteur de route ayant une faible hauteur, qui permette d'obtenir une bonne récupération du flux lumineux émis par la lampe, et qui forme, en amont de la glace de fermeture, une répartition lumineuse particulièrement bien adaptée à la fonction lumineuse recherchée.
  • Les tendances actuelles en matière d'éclairage automobile sont étroitement liées à des exigences d'ordre aérodynamique et esthétique.
  • Ainsi, les véhicules automobiles modernes comportent un capot avant plongeant et une face frontale de hauteur réduite.
  • Il est donc nécessaire de réduire en correspondance la hauteur des projecteurs du véhicule.
  • Une solution bien connue à ce problème consiste à faire appel à un projecteur qui, sur le plan optique, est conventionnel et comporte une lampe dont le filament (ou autre source) est focalisé dans un réflecteur en forme de paraboloïde de révolution, ainsi qu'une glace de fermeture, et à tronquer le réflecteur par deux joues planes supérieure et inférieure.
  • Cette solution, quoique simple, présente cependant un inconvénient majeur. En effet, le filament étant le plus souvent horizontal (axial ou transversal), il émet une quantité importante de flux vers ces joues qui, inopérantes sur le plan optique, ne le font pas participer au faisceau de route obtenu.
  • En pratique, la récupération de flux d'un tel projecteur dépasse rarement 65%.
  • Des tentatives ont été effectuées, notamment par la Demanderesse, pour améliorer la récupération de flux dans un tel réflecteur tronqué. Par exemple, l'emploi de surfaces complexes pour la surface réfléchissante permet, en diminuant la distance focale moyenne, d'obtenir un réflecteur plus profond et donc meilleur récupérateur de flux.
  • Mais les résultats obtenus laissent encore une marge de progression importante.
  • La présente invention vise à pallier les inconvénients de la technique antérieure et à proposer un projecteur susceptible d'émettre un faisceau de route qui, tout en étant d'une hauteur très réduite pour satisfaire aux exigences de conception les plus récentes, offre un faisceau de grande intensité lumineuse grâce à une bonne récupération du flux émis par la source.
  • Un autre objet de l'invention est de donner aux images du filament formées par le réflecteur une orientation particulièrement adaptée à la formation d'un faisceau de route. On peut rappeler à cet égard que le confort visuel d'un faisceau de route est donné d'une part, par une pointe de concentration dans l'axe de la route (c'est-à-dire l'axe optique du projecteur) et d'autre part, par une grande largeur et une faible épaisseur du faisceau.
  • Plus précisément, l'invention vise également à ce qu'une forte proportion des images du filament participant à la formation du faisceau soient horizontales ou faiblement inclinées.
  • A cet effet, la présente invention concerne un projecteur de route pour véhicule automobile, comprenant les caractéristiques de la revendication 1.
  • De façon préférée, la source lumineuse est un filament allongé orienté suivant l'axe optique.
  • Avantageusement, la partie de fond du réflecteur s'étend vers l'avant jusqu'au plan vertical perpendiculaire à l'axe optique et passant par la source lumineuse.
  • Selon un premier aspect particulier de l'invention, les moyens déviateurs, en projection dans un plan horizontal, occupent de part et d'autre de l'axe optique, par rapport à la source lumineuse, un intervalle angulaire sensiblement égal à l'intervalle angulaire occupé par les parties de bord du réflecteur, et les rayons réémis par les moyens déviateurs sont contenus dans les plans verticaux respectifs contenant les rayons incidents.
  • Une première possibilité réside alors en ce que les moyens déviateurs comprennent deux éléments de lentille torique centrés sur la source lumineuse et s'étendant sur toute la hauteur du réflecteur, et constitués chacun par une succession de prismes déviateurs étagés.
  • Alternativement, les moyens déviateurs comprennent:
    • ― deux éléments de lentille torique centrés sur la source lumineuse et occupant une partie intermédiaire de la hauteur du projecteur, et constitués par une succession de prismes déviateurs étagés, et
    • ― deux paires de réflecteurs auxiliaires en forme de paraboloïdes toriques d'axe de rotation vertical passant par la source et occupant, respectivement au-dessus et au-dessous des éléments de lentille torique, le reste de la hauteur du projecteur.
  • Mais dans les deux cas, préférentiellement, les parties de bord du réflecteur sont des parties d'un cylindre parabolique à génératrice verticale ayant pour droite focale une ligne verticale passant par la source lumineuse, et les éléments de lentille torique et les deux paires de réflecteurs auxiliaires occupent chacun environ un tiers de la hauteur du projecteur.
  • Enfin, selon un second aspect particulier de l'invention, les moyens déviateurs comprennent:
    • ― un élément de lentille torique centré sur la source lumineuse, s'étendant sur environ 180° en avant de celle-ci et occupant une partie intermédiaire de la hauteur du réflecteur, ledit élément étant constitué par une succession de prismes déviateurs étagés, et
    • ― deux paires de réflecteurs auxiliaires en forme de cylindres paraboliques à génératrice horizontale parallèle à l'axe optique, ayant une même droite focale confondue avec ledit axe optique et occupant, respectivement au-dessus et au-dessous de l'élément de lentille torique, le reste de la hauteur du projecteur, et les parties de bord du réflecteur comprennent:
    • ― à la hauteur dudit élément de lentille torique, deux parties d'un cylindre parabolique à génératrice verticale ayant pour droite focale une ligne verticale passant par la source lumineuse, et
    • ― au-dessus et au-dessous desdites deux parties et respectivement à la hauteur des deux paires de réflecteurs auxiliaires, des parties de deux cylindres paraboliques à génératrice verticale ayant pour droites focales respectives des lignes verticales situées de part et d'autre de la source lumineuse, à des distances de celle-ci toutes deux sensiblement égales au double de la distance focale des réflecteurs auxiliaires.
  • D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels:
    • ― la figure 1 est une vue en coupe horizontale d'un projecteur selon une première forme de réalisation de l'invention,
    • ― la figure 2 est une vue de face du projecteur de la figure 1, dépourvu de sa glace de fermeture,
    • ― la figure 3 est une vue en coupe verticale axiale du projecteur des figures 1 et 2,
    • ― la figure 4 est une vue en perspective partielle du projecteur des figures 1 à 3,
    • ― la figure 5 est une vue en coupe horizontale d'un projecteur selon une seconde forme de réalisation de l'invention,
    • ― la figure 6 est une vue de face du projecteur de la figure 5, dépourvu de sa glace de fermeture,
    • ― la figure 7 est une vue en coupe verticale axiale du projecteur des figures 5 et 6,
    • ― la figure 8 est une vue en perspective partielle du projecteur des figures 5 à 7,
    • ― la figure 9 est une vue de dessus d'un projecteur selon une troisième forme de réalisation de l'invention,
    • ― la figure 10 est une vue de face du projecteur de la figure 9, dépourvu de sa glace de fermeture,
    • ― la figure 11 est une vue en coupe verticale axiale du projecteur des figures 9 et 10,
    • ― la figure 12 est une vue en perspective partielle du projecteur des figures 9 à 11,
    • ― la figure 13 illustre, dans un plan de projection perpendiculaire à l'axe optique, la position d'un certain nombre d'images du filament, en l'absence de la glace de fermeture, engendrées par une partie du projecteur des figures 9 à 12, et
    • ― la figure 14 est une vue de face d'une variante de réalisation d'une partie d'un projecteur conforme à la présente invention.
  • En référence maintenant aux figures 1 à 4, un projecteur de route conforme à un premier aspect de la présente invention comprend une lampe 100, un réflecteur complexe, globalement indiqué en 200, des moyens déviateurs par réfraction 300 ainsi qu'une glace frontale de fermeture 400.
  • La lampe 100 est pourvue d'un filament 102 que l'on considèrera en première approximation comme cylindrique, disposé axialement sur l'axe optique x-x du projecteur.
  • Le réflecteur 200 comprend tout d'abord une partie de fond 210 qui est en forme de paraboloïde de révolution, dont le foyer F₁ est situé approximativement au centre du filament 102, sur l'axe x-x. De préférence, le rapport entre sa distance focale et la hauteur totale du réflecteur est de l'ordre de 1: 4, à des fins expliquées ci-dessous.
  • Dans ses deux régions latérales, le réflecteur 210 s'étend vers l'avant jusqu'au plan vertical perpendiculaire à l'axe optique x-x et passant par le centre du filament 102, comme l'indiquent les traces latérales en forme d'arcs de cercle centrés sur ledit filament représentées sur la figure 2.
  • Dans des régions supérieure et inférieure, le réflecteur de fond 210 est en revanche prolongé vers l'avant, en étant délimité en haut et en bas par les deux plans horizontaux entre lesquels le projecteur est contenu. Ces prolongements sont indiqués en 212. De la sorte, le réflecteur de fond 210 couvre l'intégralité du champ lumineux émis par le filament 102 vers l'arrière, et même davantage.
  • Le réflecteur comprend en outre deux parties de bord 222, 224 qui coopèrent avec les moyens déviateurs 300. Plus précisément, les moyens déviateurs sont constitués par deux éléments de lentille de fresnel torique d'axe vertical, respectivement 302, 304, focalisées sur le centre du filament 102 et comportant à leur surface intérieure des prismes déviateurs étagés en succession contenus dans des plans horizontaux respectifs. Bien entendu, les prismes déviateurs peuvent alternativement être formés à la surface extérieure des lentilles 302, 304.
  • On peut rappeler, et ceci vaut pour toute la description, que l'on entend par volume ou surface "torique" un volume ou une surface engendré par la rotation d'une circonférence plane, et par extension de toute courbe plane, autour d'un axe contenu dans le plan de la circonférence ou de la courbe.
  • Les deux réflecteurs de bord correspondants 222, 224 sont constitués par deux parties symétriques d'un même cylindre parabolique à génératrice verticale, focalisé sur une droite focale verticale passant par le centre du filament 102 (ligne F₂ sur les figures 2 et 4), et ayant pour plan/axe le plan vertical passant pas l'axe optique x-x.
  • Comme on peut l'observer sur la figure 1, en projection dans un plan horizontal, chaque lentille torique et le réflecteur de bord associé couvrent un même intervalle angulaire du champ lumineux du filament. Plus précisément, cet intervalle débute au niveau de la droite transversale à l'axe optique x-x, qui correspond à la transition avec le réflecteur de fond 210, et se termine à un angle α défini par la position du bord latéral extrême de la partie 222 ou 224 du réflecteur 220 par rapport au filament. Ainsi, on peut observer que chaque lentille torique 302, 304 s'interrompt sensiblement au niveau de la droite joignant ledit bord extrême de la partie de réflecteur associée 222, 224 au filament 102.
  • Enfin, la glace de fermeture 400, bien qu'on ne l'ait pas représenté, peut comporter des prismes ou stries verticaux faiblement déviateurs permettant d'effectuer un léger étalement latéral du faisceau.
  • Le projecteur de route décrit ci-dessus se comporte sur le plan optique de la manière suivante.
  • Tout d'abord, le filament 102 et le réflecteur de fond 210 engendrent, d'une façon conventionnelle, un faisceau de rayons parallèles à l'axe optique, d'intensité relativement élevée (rayons R₁ sur les figures 1 à 4).
  • En outre, les rayons lumineux issus du filament en direction d'une lentille 302 ou 304 sont rabattus par celle-ci, la déviation s'effectuant dans un plan vertical, pour se propager horizontalement en direction du réflecteur de bord associé 222 ou 224. Puisque, par la définition même de la lentille torique considérée, le rayon ainsi dévié a pour origine virtuelle la ligne focale verticale F₂ de ce réflecteur, il est donc réfléchi par ce dernier pour se propager après réflexion dans une direction horizontale sensiblement parallèle à l'axe optique Ox (rayons R₂ sur les figures 1 à 4).
  • Comme on le voit bien sur les figures 2 et 3, les parties en prolongement 212 du réflecteur de fond 210 sont définies à partir d'une double préoccupation. D'une part, le réflecteur de fond ainsi conçu n'occulte aucun des rayons lumineux destinés à être repris par les lentilles toriques 302 et 304, les prolongements 212 situés d'un même côté définissant entre eux une sorte de fenêtre pour ces rayons (voir en particulier figure 4). D'autre part, un tel réflecteur couvre de façon optimale la zone rectangulaire réservée au faisceau issu de ce réflecteur, zone qui est définie par l'espace libre existant d'une part, entre les arêtes antérieures verticales des lentilles 302 et 304 et d'autre part, entre les limites supérieure et inférieure horizontales du projecteur, comme le montre clairement la figure 2.
  • Un projecteur de route tel que décrit ci-dessus offre une récupération du flux lumineux émis par le filament qui est bien supérieure à celle d'un projecteur à paraboloïde tronqué de la technique antérieure. En effet les rayons fortement montants ou descendants tels que le rayon R ′ 2
    Figure imgb0001
     (figure 2), qui dans le projecteur antérieur rencontreraient la joue supérieure ou inférieure du réflecteur et seraient donc perdus, sont ici récupérés en grande partie par l'une des lentilles 302 et 304 et renvoyés vers le réflecteur de bord correspondant pour participer à la formation du faisceau. Seuls les rayons très fortement inclinés au-delà d'environ 45° ou dirigés substantiellement vers l'avant, c'est-à-dire non inclus dans les intervalles angulaires α, ne sont pas récupérés.
  • Un autre avantage du projecteur conforme à la présente invention réside en ce que les moyens de formation du faisceau constitués par les lentilles 302 et 304 et les réflecteurs de bord 222 et 224 engendrent des images du filament qui sont essentiellement horizontales ou faiblement inclinées par rapport à l'horizontale. En effet, les lentilles, qui sont disposées relativement latéralement par rapport au filament, forment à leur sortie des rayons qui correspondent à des images du filament peu inclinées, et la réflexion sur le cylindre parabolique 222 ou 224 a pour propriété de ne pas accentuer cette inclinaison.
  • Ainsi, les images du filament ont une prédisposition à former un faisceau de route, auquel conventionnellement ou ne souhaite pas donner une épaisseur excessive, notamment afin de ne pas éclairer la route à trop grande proximité du véhicule.
  • On a représenté sur les figures 5 à 8 un projecteur de route conforme à un second aspect de la présente invention.
  • Sur ces figures, des éléments ou parties identiques ou similaires à ceux des figures 1 à 4 sont désignés par les mêmes numéros de référence, et ne seront pas à nouveau décrits en détail.
  • Comme on peut l'observer, le réflecteur de fond 210, qui est ici encore en forme de paraboloïde de révolution focalisé approximativement au centre du filament 102, ne comporte plus de parties en prolongement vers l'avant. Son contour est donc (figures 6 et 8) un cercle centré sur le filament 102 et contenu dans le plan perpendiculaire à l'axe optique x-x et passant par ledit filament.
  • En outre, les moyens déviateurs 300 sont composés de plusieurs éléments, occupant chacun respectivement environ un tiers de la hauteur totale du réflecteur.
  • Au centre, à la hauteur du filament, les moyens déviateurs sont constitués par deux lentilles toriques 302, 304 analogues à celles du premier exemple de réalisation de l'invention, à l'exception du fait qu'elles occupent dans le projecteur une hauteur réduite.
  • Les moyens déviateurs 300 comprennent en outre, au-dessus et au-dessous des lentilles toriques, quatre réflecteurs auxiliaires, respectivement 312, 322, 314, 324, qui ont chacun pour propriété de réfléchir les rayons lumineux de façon telle qu'après réflexion ils se propagent horizontalement dans le plan vertical contenant le rayon incident (rayons R₃). On pourrait démontrer que des surfaces réfléchissantes ayant une telle propriété sont des paraboloïdes toriques, c'est-à-dire des surfaces respectivement engendrées par la rotation d'une parabole, ayant un axe horizontal et un foyer situé au centre du filament 102, autour d'un axe vertical passant par le centre dudit filament.
  • Plus précisément, chacun des deux réflecteurs 312, 322 et 314, 324, respectivement, situés d'un même côté appartiennent à un même paraboloïde torique, et les deux paraboloïdes toriques se coupent mutuellement en deux points situés sur la droite verticale passant par le centre du filament, à la hauteur des bords respectivement supérieur et inférieur des lentilles toriques 302 et 304.
  • Ainsi, en projection sur le plan vertical de la figure 6, on observe que les rayons lumineux émis par le filament 102 sont récupérés sur une étendue angulaire de 360°, répartie entre les lentilles toriques 302, 304 et les réflecteurs de renvoi 312, 314, 322, 324, et que ces rayons sont renvoyés en direction horizontale en ayant tous pour origine virtuelle la droite verticale F₂ passant par le centre du filament.
  • De la même manière que dans la réalisation des figures 1 à 4, les réflecteurs de bord 222 et 224 sont donc deux parties symétriques d'un même cylindre parabolique à génératrice horizontale, de ligne focale F₂ et ayant pour plan-axe le plan vertical incorporant l'axe optique x-x.
  • Comme le montre la figure 5, et par analogie avec la première forme de réalisation, les différents éléments constituant les moyens déviateurs, en projection dans un plan horizontal, ont une étendue angulaire de travail (angle α) comprise pour chaque côté, entre la droite horizontale perpendiculaire à l'axe optique x-x et la droite joignant le filament 102 au bord extrême du réflecteur cylindro-parabolique considéré.
  • Le comportement optique d'un tel projecteur est pour l'essentiel similaire à celui de la forme de réalisation des figures 1 à 4 à ceci près que les moyens déviateurs 300 voient dans leurs régions supérieure et inférieure des surfaces paraboliques toriques réfléchissantes remplacer les lentilles réfringentes toriques de la figure 1. Il en résulte une récupération accrue des rayons fortement inclinés vers le haut ou vers le bas émis par le filament, bien entendu dans la mesure, comme c'est le cas également pour le premier mode d'exécution, où ces rayons sont inclus dans la gamme angulaire α sus-mentionnée.
  • Une troisième mise en oeuvre pratique de l'invention est illustrée par les figures 9 à 12 des dessins.
  • Les éléments ou parties identiques ou similaires à ceux des figures précédentes ne seront pas à nouveau exposés en détail.
  • Dans cette réalisation, on trouve un réflecteur de fond 210 identique à celui des figures 5 à 8.
  • En ce qui concerne l'association moyens déviateurs 300/réflecteurs de bord, on peut, comme dans le deuxième mode d'exécution, les séparer en trois étages distincts de hauteurs qui peuvent être semblables. La différence la plus apparente par rapport à ce deuxième mode d'exécution est que les différences structurelles entre les différents étages se manifestent cette fois également au niveau des réflecteurs de bord, comme le montre en particulier la figure 12.
  • Plus précisément, à la hauteur du filament 102 (étage central), les moyens déviateurs comprennent une lentille torique 306 analogue dans sa conception aux lentilles 302, 304 des figures précédentes, mais qui s'étend angulairement, en projection dans un plan horizontal, sur 180° en avant de la source.
  • Cette lentille 306 coopère avec des zones réfléchissantes homologues 222, 224 des parties de bord du réflecteur, qui sont des parties symétriques d'un cylindre parabolique à génératrice verticale tel qu'on l'a défini plus haut.
  • Les moyens déviateurs comprennent, aux étages supérieur et inférieur, des réflecteurs auxiliaires 312, 314 et 322, 324, respectivement, qui sont en forme de cylindres paraboliques. Plus précisément, chaque réflecteur auxiliaire est défini par une génératrice horizontale, parallèle à l'axe optique x-x, s'appuyant sur une parabole contenue dans un plan vertical perpendiculaire audit axe optique, d'axe horizontal et de foyer situé approximativement au centre du filament 102.
  • Ainsi, les deux réflecteurs auxiliaires supérieur et inférieur situés d'un même côté du projecteur appartiennent en fait à un même cylindre parabolique, et les deux cylindres paraboliques, générant les quatre réflecteurs auxiliaires, sont symétriques par rapport au plan vertical longitudinal du réflecteur et se tronquent mutuellement selon des droites centrales (référence D sur la figure 9) situées à la hauteur des bords supérieur et inférieur de la lentille 306.
  • Cependant, à la différence des paraboloïdes toriques des figures 5 à 8, ces cylindres paraboliques définissant une partie des moyens déviateurs 300 n'engendrent pas, comme source virtuelle des rayons réfléchis, une droite telle que F₂ (figures 6 à 8), mais engendrent chacun une autre droite verticale, respectivement F ′ 2
    Figure imgb0002
     et F ˝ 2
    Figure imgb0003
    , dont on peut démontrer qu'elle est contenue dans le plan vertical passant par le centre du filament et perpendiculaire à l'axe optique x-x et décalée latéralement du côté opposé à celui du réflecteur auxiliaire considéré.
  • Plus précisément, les deux cylindres paraboliques engendrant les parties haute et basse des moyens déviateurs 300 créent vis-à-vis des réflecteurs de bord des sources virtuelles sous forme de droites verticales décalées respectivement de part et d'autre du filament d'une distance égale environ au double de la distance focale desdites génératrices.
  • En conséquence, les réflecteurs de bord, pour ce qui concerne les étages supérieur et inférieur, sont des cylindres paraboliques à génératrice verticale, de plan-axe vertical parallèle à l'axe optique x-x, et focalisés respectivement sur les lignes focales verticales F ′ 2
    Figure imgb0004
     et F ˝ 2
    Figure imgb0005
    . Il existe par conséquent nécessairement un décalage, visible en particulier sur la figure 12, entre les réflecteurs de bord supérieurs et inférieurs, désignés par les références 232, 234 et 242, 244, associés respectivement aux réflecteurs auxiliaires cylindro-paraboliques 312, 314 et 322, 324 des moyens déviateurs 300, et les réflecteurs de bord intermédiaires 222, 224 associés à la lentille torique 306.
  • Sur le plan optique, le projecteur décrit ci-dessus a les particularités de comportement suivantes.
  • Tout d'abord, grâce à la forme spécifique des réflecteurs auxiliaires, ces derniers ne viennent créer pratiquement aucune occultation du faisceau créé par le réflecteur de fond 210. En effet, leur caractérisation par une génératrice horizontale parallèle à l'axe d'émission x-x se traduit par le fait que le projecteur de leurs contours dans le plan vertical de la figure 10 est réduite à leur section comme le montre cette dernière figure.
  • Par ailleurs, les rayons issus du filament vers l'un quelconque des éléments constitutifs des moyens déviateurs 300 sont tout d'abord déviés par réfraction (rayon R₂) ou réflexion (rayon R₃) pour prendre une direction de propagation horizontale, puis sont repris par les réflecteurs de bord 222, 224, 232, 234, 242, 244 pour être réfléchis dans une direction essentiellement parallèle à l'axe optique.
  • En outre, en complément des caractéristiques optiques communes aux trois modes d'exécution décrits, cette dernière forme de réalisation, comme on l'a indiqué plus haut, voit sa lentille torique prolongée en avant du filament. Il en résulte que les rayons dirigés vers cette lentille et non repris par les réflecteurs de bord contribuent à former la partie de grande largeur et de faible hauteur du faisceau, sur une étendue angulaire d'environ 45° de part et d'autre de l'axe optique (rayon R₄ sur la figure 11).
  • La figure 13 illustre, dans un plan de projection perpendiculaire à l'axe optique, la position d'un certain nombre d'images du filament telles qu'elles sont engendrées par une partie du projecteur des figures 9 à 12, dépourvu de sa glace de fermeture, et plus particulièrement par l'association des réflecteurs auxiliaires faisant partie des moyens déviateurs 300 et des réflecteurs de bord correspondants.
  • Par la conception même de ces éléments optiques, toutes les images du filament 102 gardent avantageusement, après la double réflexion, une orientation rigoureusement horizontale, comme le montre la figure 13.
  • Il en résulte pour ces images une très bonne prédisposition à former un faisceau de route qui, comme on l'a indiqué plus haut, doit avoir une largeur importante et une hauteur réduite.
    • EXEMPLE
  • On a comparé un projecteur de la technique antérieure (échantillon A),dont le réflecteur était constitué par un paraboloïde tronqué par des joues supérieure et inférieure, avec des projecteurs conçus respectivement selon chacun des trois modes de réalisation de l'invention (échantillons nos. 1 à 3).
  • Dans tous les cas, les dimensions de l'ouverture de sortie du réflecteur étaient de 80 mm × 200 mm, et la distance focale de base était de l'ordre de 20 mm pour chacun d'eux, soit une profondeur sensiblement identique d'un projecteur à l'autre.
  • La récupération de flux a été estimée en utilisant la même lampe dans chacun des réflecteurs et en déterminant par calcul l'angle solide pour lequel les rayons provenant de la source étaient captés par les divers éléments du système optique pour participer à la formation du faisceau.
  • Les résultats sont présentés dans le tableau suivant:
    Figure imgb0006
  • Ce tableau montre une nette supériorité des projecteurs conformes à l'invention par rapport à celui de la technique antérieure.
  • On a représenté sur la figure 14, en vue de face, une variante de réalisation de la partie de fond 210 du réflecteur principal 200.
  • Selon cette variante, le fond 210 comprend deux parties latérales 213, 214 et deux parties respectivement supérieure et inférieure 215 et 216, délimitées par deux plans P₁ et P₂ inclinés d'un même angle β dans deux sens opposés de part et d'autre du plan vertical axial du projecteur. Ces quatres parties sont focalisées sur le filament ou à son voisinage.
  • Les parties latérales ont une distance focale sensiblement égale à celle des parties latérales en forme de cylindres paraboliques 222, 224 du réflecteur, tandis que les parties supérieure et inférieure 215, 216 ont une distance focale qui, comme décrit plus haut, est déterminée en fonction de la hauteur du réflecteur, et plus précisément égale au quart de cette hauteur.
  • L'angle β qui caractérise la transition entre les diverses parties de ce réflecteur de fond 210 est déterminé quant à lui de préférence en fonction de la distance focale des parties latérales 213 et 214 et de la hauteur du réflecteur, de telle sorte que ces parties ne débordent pas au-delà des limites supérieure et inférieure dudit réflecteur. Plus précisément, la relation 4f.sinβ≃ h doit être vérifiée.
  • Cette configuration bifocale du réflecteur de fond est avantageuse car elle permet au réflecteur de fond de s'étendre latéralement jusqu'au commencement des cylindres paraboliques latéraux et en outre de présenter une récupération de flux optimale en haut et en bas compte tenu de la hauteur à laquelle le réflecteur est limité.
  • Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux divers modes de réalisation décrits ci-dessus et représentés sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit.
  • Ainsi, l'on pourra combiner, dans la mesure où elles sont compatibles, les particularités propres à chacune des trois formes de réalisation décrites.
  • En outre, les termes "horizontal", "vertical", "perpendiculaire", etc., utilisés tout au long de la présente description sont à considérer dans un sens large, étant entendu que de faibles écarts par rapport à ces indications géométriques conduiront à des projecteurs restant viables dans la pratique.
  • Par ailleurs, pour ce qui concerne la réalisation du réflecteur, on pourra faire appel soit à une réalisation par moulage d'un seul tenant, auquel cas ses diverses parties seront maintenues solidaires par exemple par des pattes venues de moulage, soit en moulant individuellement les diverses parties, qui seront ultérieurement assemblées par exemple par collage.
  • Enfin, on a indiqué dans la description que le réflecteur de fond avait de préférence, au moins dans ses régions supérieure et inférieure, une distance focale égale au quart de la hauteur du projecteur. Ceci permet en pratique de donner audit réflecteur, lorsqu'on l'interrompt au niveau du plan vertical transversal passant par son foyer (par le filament), une hauteur égale à celle du projecteur, comme on peut facilement le démontrer.
  • Mais, il est bien entendu que ceci ne saurait constituer une limitation de l'invention.

Claims (9)

1. Projecteur de route pour véhicule automobile, du type comprenant une source lumineuse (102), un réflecteur (200) comprenant une partie de fond (210) sensiblement en forme de paraboloïde de révolution focalisé sur la source (102) et définissant un axe optique (x-x), des moyens déviateurs (300) et une glace de fermeture (400), caractérisé en ce que:
― le réflecteur comprend des parties de bord (222, 224, 222, 224, 232, 234, 242, 244) en forme de cylindres paraboliques à génératrice verticale, et
― les moyens déviateurs (300) s'étendent à proximité de la source, sensiblement sur toute la hauteur du projecteur et sont aptes à dévier les rayons lumineux (R₂; R₂, R₃) issus de la source dans leur direction pour les réémettre dans une direction essentiellement horizontale vers lesdites parties de bord du réflecteur, qui les réfléchit selon une direction essentielleiment parallèle à l'axe optique pour qu'ils participent ainsi à la formation du faisceau de route.
2. Projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse est un filament allongé (102) orienté suivant l'axe optique (x-x).
3. Projecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie de fond (210) du réflecteur s'étend vers l'avant jusqu'au plan vertical perpendiculaire à l'axe optique (x-x) et passant par la source lumineuse (102).
4. Projecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens déviateurs, en projection dans un plan horizontal, occupent de part et d'autre de l'axe optique (x-x) par rapport à la source lumineuse (102), un intervalle angulaire (α) sensiblement égal à l'intervalle angulaire occupé par les parties de bord (222, 224) du réflecteur, et en ce que les rayons réémis par les moyens déviateurs sont contenus dans les plans verticaux respectifs contenant les rayons incidents.
5. Projecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens déviateurs (300) comprennent deux éléments de lentille torique (302, 304) centrés sur la source lumineuse et s'étendant sur toute la hauteur du projecteur, et constitués chacun par une succession de prismes déviateurs étagés.
6. Projecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens déviateurs (300) comprennent:
― deux éléments de lentille torique (302, 304) centrés sur la source lumineuse (102) et occupant une partie intermédiaire de la hauteur du projecteur, et constitués par une succession de prismes déviateurs étagés, et
― deux paires de réflecteurs auxiliaires (312, 314, 322, 324) en forme de paraboloïdes toriques d'axe de rotation vertical passant par la source et occupant, respectivement au-dessus et au-dessous des éléments de lentille torique, le reste de la hauteur du projecteur.
7. Projecteur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les parties de bord (222, 224) du réflecteur (200) sont des parties d'un cylindre parabolique à génératrice verticale ayant pour droite focale (F₂) une ligne verticale passant par la source lumineuse (102).
8. Projecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments de lentille torique et les deux paires de réflecteurs auxiliaires occupent chacun environ un tiers de la hauteur du projecteur.
9. Projecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens déviateurs comprennent:
― un élément de lentille torique (306) centré sur la source lumineuse, s'étendant sur environ 180° en avant de celle-ci et occupant une partie intermédiaire de la hauteur du réflecteur, ledit élément étant constitué par une succession de prismes déviateurs étagés, et
― deux paires de réflecteurs auxiliaires (312, 314, 322, 324) en forme de cylindres paraboliques à génératrice horizontale parallèle à l'axe optique (x-x), ayant une même droite focale confondue avec ledit axe optique et occupant, respectivement au-dessus et au-dessous de l'élément de lentille torique (306), le reste de la hauteur du projecteur,

et en ce que les parties de bord du réflecteur (200) comprennent:
― à la hauteur dudit élément de lentille torique (306), deux parties (222, 224) d'un cylindre parabolique à génératrice verticale ayant pour droite focale (F₂) une ligne verticale passant par la source lumineuse (102), et
― au-dessus et au-dessous desdites deux parties (222, 224), et respectivement à la hauteur des deux paires de réflecteurs auxiliaires, des parties (232, 234, 242, 244) de deux cylindres paraboliques à génératrice verticale ayant pour droites focales respectives (F ′ 2
Figure imgb0007
, F ˝ 2
Figure imgb0008
) des lignes verticales situées de part et d'autre de la source lumineuse (102), à des distances de celle-ci toutes deux sensiblement égales au double de la distance focale des réflecteurs auxiliaires (312, 314, 322, 324).
EP88402564A 1987-10-13 1988-10-11 Projecteur de route de faible hauteur à grande récupération de flux pour véhicule automobile Expired - Lifetime EP0312442B1 (fr)

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