EP1881264A1 - Module optique pour projecteur de véhicule automobile - Google Patents

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EP1881264A1
EP1881264A1 EP07112875A EP07112875A EP1881264A1 EP 1881264 A1 EP1881264 A1 EP 1881264A1 EP 07112875 A EP07112875 A EP 07112875A EP 07112875 A EP07112875 A EP 07112875A EP 1881264 A1 EP1881264 A1 EP 1881264A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
reflector
light
lens
source
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07112875A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Albou
Antoine De Lamberterie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Vision SAS
Original Assignee
Valeo Vision SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Vision SAS filed Critical Valeo Vision SAS
Publication of EP1881264A1 publication Critical patent/EP1881264A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F21S41/20Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25Projection lenses
    • F21S41/265Composite lenses; Lenses with a patch-like shape
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    • F21LIGHTING
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    • F21S41/141Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/147Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being angled to the optical axis of the illuminating device
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    • F21S41/36Combinations of two or more separate reflectors
    • F21S41/365Combinations of two or more separate reflectors successively reflecting the light
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00Reflectors for light sources
    • F21V7/04Optical design
    • F21V7/07Optical design with hyperbolic curvature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to an optical module, in particular intended to be integrated into a motor vehicle headlamp, with a substantially horizontal optical axis, of the type of those which comprise at least one module to give a cut-off beam, in particular an oblique beam of the type code or flat type anti-fog beam, this module comprising at least a first light source having at least one light emitting diode.
  • a beam optical module of this type is described and claimed in the patent application FR 06 03062 filed April 06, 2006.
  • Such a module may include rows of superposed modules so that the transverse size of the projector is relatively small for a high luminous flux.
  • front, front, rear, etc ... are to be understood by considering the direction of propagation of light forward from the module.
  • the invention aims to introduce into a module as defined above a road function that not only ensures regulatory road lighting but, moreover, gives a mood light, without substantially changing the size of the module also well in the transverse than longitudinal direction.
  • optical axis is generally not absolutely horizontal, once the module integrated in the vehicle, but slightly inclined towards the ground, 0.5 ° for example relative to the horizontal.
  • Cut-off beam is understood to mean any beam that differs from a road-type beam by a cut-off, which comprises at least one oblique part (as is the case with European or American code-type beams), or which is flat (as is the case with anti-fog beams).
  • the lens works partly in direct light emitted by the second light source and partly in indirect light emitted by the second light source and reflected by the light-recovering reflector
  • a first portion of the rays emitted by the second light source is reflected by the light-collecting reflector and then passes through the lens and a second portion passes directly through said lens.
  • a third portion of the rays emitted by the second light source is reflected by the light recovery reflector (M) and leaves the module avoiding the lens.
  • the light-recovering reflector can transform a substantially spherical light wave into a substantially cylindrical or toric light wave.
  • the light-recovering reflector is of a substantially hyperbolic type and capable of transforming a substantially spherical wave into another substantially spherical wave.
  • the portion of the light rays coming from the source reflected in an upward direction relative to the horizontal to create a mood light in the beam emerges from the module through the lens.
  • the portion of the light rays coming from the source and reflected in an upward direction relative to the horizontal to create a mood light in the beam emerges from the module avoiding the lens, including passing over of the lens.
  • this part of these reflected rays comprises a portion passing through the lens, and another portion not passing through the lens.
  • the invention also relates to any set of optical modules several obliquely cut modules transversely juxtaposed, the or each additional module being located in a neutral band in front of obliquely cut modules, this neutral band being included vertically between the upper and lower limits of oblique cut modules.
  • This set of optical modules may advantageously comprise several first light sources and several second light sources arranged in staggered relation to the first light sources of the oblique cut modules.
  • the forward-facing light-recovering reflector is vertically offset relative to the lens.
  • all the light-emitting diodes of the module or of the set of modules are situated in the same plane: concretely, the or each light-emitting diode of the additional module is disposed on the same printed circuit as the other light-emitting diode (s) of the module
  • the first and second light sources can be tilted to illuminate upward while illuminating forward.
  • the upper part of the lens is truncated for the passage of the rays of the ambient light.
  • the recuperating reflector is then preferably of the paraboloid type, located higher than the lens, and the focus of the reflector is located near the lower edge of the source bright so that the points of the source located higher than the focus give ascending rays after reflection on the recuperating reflector.
  • the upper part of the lens comprises a zone for the passage of the rays of the ambient light.
  • the recuperating reflector is preferably of the paraboloid type too, located higher than the lens, and the focus of the reflector is located in the vicinity of the lower edge of the light source so that the points of the source situated higher than the focus give ascending rays after reflection on the recuperating reflector.
  • the recuperating reflector is of the ellipsoidal type with a first focus located on the second light source and a second focus located forward in the air.
  • the lens preferably has an additional lens in the upper edge zone.
  • This additional lens advantageously has an outer face in continuity with that of the lens while its inner face is determined so that the focal point of the additional lens is coincident with, or adjacent to, the second focus of the recuperating reflector.
  • This "extra” lens is to be understood either as a lens associated / contiguous to the main lens, or as an extension of the main lens with which it is one.
  • recuperating reflector When the recuperating reflector is of ellipsoidal type, it may be determined to give a horizontal focal line substantially orthogonal to the optical axis leading to a cylindrical wave surface of horizontal transverse axis, while the additional lens is determined to transform this wave surface in a cylindrical wave surface of vertical axis.
  • recuperator reflector of ellipsoidal type can then be connected to the lens by a plate at the top to form a one-piece assembly.
  • the additional lens mentioned above may comprise two zones transforming the horizontal transverse axis wave surface from the reflector into two cylindrical wave surfaces of different vertical axes.
  • the recuperating reflector may be of the hyperbolic type, the second focus of such a reflector being virtual, located behind the recuperating reflector.
  • the lens then has in the upper edge zone an additional lens, according to the same terminology as before.
  • this recuperator reflector of the hyperbolic type transforms the spherical wave coming from the first light source into a cylindrical wave, in particular of transverse axis, forming a line of second foci. And the additional lens then modifies the cylindrical wave of transverse axis either in a plane wave, or in a cylindrical wave of substantially vertical axis.
  • the light-emitting diodes used in the context of the present invention are preferably plane emitter, in particular rectangular, protected by a transparent element of the transparent dome type. It is also possible to use planar emitting diodes, in particular rectangular, protected not by a dome but by a flat transparent plate.
  • Each code module comprises a first light source 1 formed by a light-emitting diode, called LED by abbreviation, arranged to illuminate forwards, a first reflector 2 of ellipsoidal type placed in front of the source 1 to mask it and to return the light to the light source. rear, and a second reflector 3 offset vertically with respect to the light source 1 and the first reflector 2.
  • a bender 4 generally formed by a plane mirror, is provided in combination with the ellipsoidal reflector 2 to create the cutout code beam .
  • the second reflector 3 receives the light coming from the reflector 2 and returns it towards the front.
  • the reflector 3 is preferably of the parabolic type.
  • the LED 1 is advantageously of the flat rectangular emitter type protected by a transparent dome.
  • the source 1, and the reflectors 2 and 3 are arranged in the upper part of the projector P.
  • the lower part there is a fairly similar arrangement with a LED 1 ', an ellipsoidal type reflector 2' and a reflector type 3 'parabolic. This lower part contributes to increasing the luminous flux of the code beam (oblique cut).
  • the light sources 1 and 1 'of the module are arranged on the same printed circuit board (PCB) 5 whose plane is inclined from back to front with respect to the vertical, so that the sources 1 and 1' illuminate upwards and forward.
  • PCB printed circuit board
  • the horizontal strip located in front of the convex rear faces of the reflectors 2, 2 ', and vertically between the reflectors 3, 3' constitutes a neutral band, available for an optical function.
  • the complete module P is generally constituted by several modules Ha, Hb, Hc (FIG.2) similar to that of FIG. 1, juxtaposed in the transverse direction corresponding to the axis Ox of a trirectangular trihedron whose axis Oy coincides with or parallel to the optical axis of the projector, and the axis Oz is vertical.
  • the light sources of the various modules Ha, Hb, Hc are arranged on the same printed circuit board 5, which facilitates manufacture.
  • the complete module P comprises, according to the invention, at least one additional module A making it possible to produce a complementary beam which, combined with the coded beam, gives a road beam satisfying not only the regulatory requirements but also gives a light of atmosphere.
  • a complementary beam allows the driver to see in height and, at night, to have a driving impression similar to that of day.
  • the scheme of FIG. 3 illustrates this point.
  • the cutoff line 6 of the code beam is a V line comprising a horizontal branch 6a to the left of the optical axis O y , perpendicular to the figure plane, and an oblique branch 6b rising to 15 ° on the horizontal, in part right with respect to the optical axis.
  • the horizontal line of the cutoff 6 is located approximately 0.5 ° below a horizontal plane B passing through the optical axis.
  • conventional means (not shown) are activated so that the beam of the headlamp is raised by about 1.5 ° so that the horizontal cutoff line 6 is about 1 ° above the horizontal plane B.
  • the produced beam In order for the produced beam to fulfill the regulatory requirements imposed on a road beam, it suffices to add to the beam code raised a substantially rectangular beam 7 so that the imposed regulatory points, generally located in the vicinity of the optical axis, and respectively to 2 , 5 ° and 5.1 ° on either side of the optical axis, have sufficient illumination.
  • the beam 7 substantially corresponds to a light spot and gives a deep illumination allowing the driver to see far ahead.
  • the additional module A comprises at least one second light source 9 illuminating forwards, without being masked by the first reflectors 2 or 2 'and a lens 10 situated in front of the second source 9.
  • the lens 10, in general, is convergent, and the second source 9 is located at the focus of the lens 10, or in its vicinity.
  • the second source 9 is formed by at least one LED installed on the same circuit board 5 as the other light sources 1, 1 'of the projector.
  • this additional beam 7 does not sufficiently illuminate objects at height such as trees 8, panels, buildings, along the road, so that the driver has a similar impression of driving that he knows of day.
  • the additional module A is provided to provide a room light in a substantially semicircular contour K (FIG. 3), in a vertical plane perpendicular to the optical axis, in order to illuminate the parts high on the sides of the road.
  • the illumination is provided upwardly at an angle of at least 10 ° above the horizontal (for example between 12 and 20 °).
  • the additional module A comprises a light-recovery reflector M turned forward and offset, of vertically, relative to the contour of the lens 10.
  • This recuperator reflector M comprises at least one focus in the vicinity of which is disposed the second light source 9 so that at least a reflected part of the light rays from the source 9 so the projector in an upward direction relative to the horizontal.
  • the ascending rays pass beyond the outline of the lens to create the mood light.
  • the recuperating reflector M is a parabolic reflector 11.
  • the lens 10 is truncated at 10a in its upper part to let the rays providing the ambient light.
  • the source 9 is arranged in such a way that the focus of the reflector M is on a point of this source 9 located near the lower edge of the source 9.
  • a light ray i1 starting from the point of the source 9 coincides with the focus of M will be reflected by M along a radius ⁇ 1 parallel to the optical axis Oy of the projector P.
  • a ray i2 from a point of the source 9 located higher than the focal point of the reflector M will, after reflection, a radius ⁇ 2 ascending relative to the horizontal, contributing to the ambient light.
  • each second source 9 is shifted transversely relative to the sources 1, 1 'and generally arranged in staggered rows.
  • the additional module or modules A are arranged in front of the neutral band located in front of the reflectors 2, 2 'and vertically between the high and low limits of the code modules.
  • Fig.1 and 2 provides for upward illumination in addition to the prescribed road beam, but the truncated upper portion 10a of the lens creates an appearance break that is best avoided.
  • a lens 12 which, in the upper part, is continuous and has a neutral zone 12a whose outer face is in the extension of the outer face of the lens 12.
  • the inner face of the zone 12a is substantially parallel to the outside face.
  • the thickness of the neutral zone 12a is smaller than that of the lower part of the lens 12 so that a recess 12b is present on the inner face of the lens at the base of the neutral zone 12a.
  • This neutral zone 12a is substantially equivalent to a parallel-sided blade and a light beam coming from the reflector M passes through the neutral zone without being substantially deflected, but undergoes a transverse offset parallel to itself.
  • an observer located in front and looking from above the projector can see, inside the projector, the second light source 9, part of the circuit printed 5 and the convex portion of the first reflectors 2, 2 ', either through the neutral zone 12a, or through the free space between the truncated portion 10a (Fig. 1) and the reflector M.
  • the visibility of the Inside the projector is, in general, not desired for the style.
  • the parabolic-type reflector 11 in particular with a complex surface, has a relatively short focal length, determined by the position of the second source 9, and does not collect a large luminous flux.
  • the recuperating reflector M is constituted by a reflector 13 of ellipsoidal type having a first focus F1 located near the upper edge of the source 9, and a second focus F2 located in the air in front of the reflector 13, but
  • This lens 14 comprises a convergent lower main portion 14a similar to the lens 10 or to the lower part of the lens 12.
  • the lens 14 furthermore comprises, in the upper part, an additional lens 14b, converging according to FIG. example of FIG. 5.
  • the additional lens 14b unlike a neutral zone, prevents seeing clearly through it from the outside. It is the same for the part 14a, or for the lens 10 and the lower part of the lens 12.
  • the outer surface of the additional lens 14b is in continuity with the outer surface of the portion 14a so as to avoid any appearance breakage.
  • a stall 14c exists between the input face of the portion 14a and the input face 14e of the additional lens 14b, which forms a kind of gadroon.
  • the exit face of the additional lens 14b is imposed by the continuity of the exit face of the portion 14a.
  • the input face 14e of the additional lens 14b is calculated so that the focus of this lens 14b coincides with the focus F2, or neighboring this focus.
  • the light rays reflected by the reflector 13 which pass through the focus F2 and by the focus of the lens 14b exit horizontally as the radius j3 from the reflected ray ⁇ 3 and the incident ray i3.
  • An incident ray such as i4 from a point of the source 9 located lower than the focus F1 is reflected along a radius p4 which passes below the focus F2.
  • the radius p4 is refracted according to a radius j4 ascending with respect to the horizontal.
  • the additional lens 14b is convergent and the focus F2 is located behind this lens.
  • the position of the second focus F2 in a direction parallel to the optical axis is an optimization variable.
  • the upper part of the reflector 13 forms a notch 13a (Fig.6) concave.
  • the plate 13b may be provided with a reflective coating downward.
  • the assembly is then one-piece and can be molded in one piece of suitable transparent plastic material, with deposition of an aluminum layer on the surfaces to be reflective.
  • the reflector 13 is not a true ellipsoid but is determined so as to create a focal line perpendicular to the plane of FIG. 5 and passing through point F2.
  • the reflector 13 thus creates cylindrical wave surfaces of horizontal axis perpendicular to the plane of FIG. 5 and passing through point F2.
  • FIG. 8 shows diagrammatically, in plan view, two juxtaposed reflectors 13 and two sources 9, combined with the same lens 15 formed by the juxtaposition of two lenses 14, with additional lenses 14b, symmetrical with respect to a vertical plane V parallel to the optical axis passing between the reflectors 13.
  • the horizontal focal lines D of the reflectors 13 are aligned. Each focal line D passes through the focal point F2 of the corresponding reflector 13, and the successive traces of cylindrical wave surfaces of axis D, on the horizontal plane, are constituted by straight generatrices g1, g2, g3 parallel to D.
  • the lens 15 extends in front of the two juxtaposed reflectors 13.
  • This lens 14 comprises in the upper part an additional lens 14b having two zones, namely a zone 14ba remote from the plane V and a zone 14bb close to the plane V, as illustrated in perspective on FiG.6 and 7.
  • the zone 14ba is designed to create, at the output, a cylindrical wave surface of vertical axis.
  • the trace of this vertical axis on the horizontal plane passing through the optical axis is a point ma relatively close to the plane V.
  • the zone 14bb gives a cylindrical wave surface of vertical axis having as a trace, on the same horizontal plane, a point mb further from the plane V and the lens 14b than the point ma.
  • the Na wave surfaces corresponding to the zone 14ba have a lower radius of curvature than the wave surfaces Nb corresponding to the zone 14b.
  • Fig. 6 shows, in perspective, the zones 14ba, 14bb.
  • the height h of the additional lens 14b is relatively small, in particular equal to 6 mm or 7 mm.
  • a Fresnel lens type lens 14 'having a reduced thickness in the central zone can be seen.
  • the substantially vertical edges 14f of the lens are thicker than the central region, with the formation of an off-hook 14g.
  • Fig.9 illustrates the network of isolux curves obtained with the road function of a projector according to the invention.
  • This network has illumination curves C1, C2 rising above the horizontal plane of the optical axis, advantageously at an angle of approximately 10 ° relative to the horizontal, sufficient to provide ambient light. .
  • These curves C1, C2 have two lateral vertices reminiscent of the form of ears.
  • the central zone C3 corresponds to the spot of the road beam and the maximum long-range illumination.
  • a projector according to Fig.5 to 8 can be determined as follows.
  • the reflector 13 creates an "image" of the source 9 extending along and below a horizontal immaterial line, perpendicular to the optical axis and located between the mirror and the lens (right D (F, x ).
  • the lens 14b transforms a hypothetical cylindrical wave from the previous line into a cylindrical wave of vertical axis (with the particular case of the plane wave).
  • the reflector 13 returns a family of limit radii coming from the upper edge of the emitter or source 9 towards the line (F, x ), perpendicular to it.
  • this system creates a cut (flat), without cache or bender (the light is above the cut).
  • the s 0 0 ⁇ and r ⁇ 1 ( sin (
  • the dome Since the dome is supposed to be centered at S , located ⁇ s below the surface of the emitter ( ⁇ s ⁇ 0.1 mm in the case of commercially available diodes), it is possible to propagate the above rays to the diopter inside the balloon (equation of the second degree to find the intersections), to calculate the direction of the corresponding refracted rays using the laws of Descartes (the normal to the balloon is always collinear with the vector: S - intersection), to propagate these rays refracted in the material of the balloon (index n known, given by the manufacturer of the LED) to the outer spherical surface (again, polynomial equation of the second degree to find the points of emergence) and to determine the directions of emerging rays (laws of Descartes, passage material ⁇ air) .
  • the clearance u ' is a design parameter; however, it must be chosen so that U is located beyond the edge of the component housing.
  • R and r be the radii of the torus constituting the exit surface, and let T be the ordinate of the most forward point of this surface (parameters of conception):
  • a parametric equation of the surface is, with R the major radius of the torus and r the minor radius of the torus:
  • k is determined by the data of the thickness e p in the center of the lens at a given height
  • the recuperating reflector M is a hyperbolic mirror.
  • a hyperbolic mirror indeed makes it possible to image the real source situated at the first focus of the hyperbola with a virtual point situated at the second focus of the hyperbola.
  • the ellipse of figure 5 imagined the source with a line of focus, it is possible to use a hyperbolic mirror which images the source with a line of virtual hearths.
  • a ray i3 coming from the real source is reflected by M in such a way that the reflected ray r3 seems to come from the point F2, the second focus of hyperbole.
  • the upper part of the lens 14'b it is then necessary for the upper part of the lens 14'b to be able to transform the spherical wave issuing virtually from F2 into a plane wave or a cylindrical wave.
  • the lens will have the function of transforming the cylindrical wave coming from the segment into a plane wave or a cylindrical wave with vertical direction.
  • the radius r3 from the reflector is straightened by the lens to start in the direction of the optical axis.
  • the recuperator mirror M it is possible to extend the recuperator mirror M to the upper edge of the lens and thus recover a larger amount of flux, thus making it more "enveloping" with respect to the light source.
  • the recovery mirror collects luminous flux in directions where the intensity from the source is the strongest.
  • Another advantage of this variant lies in the nature of the upper part of the lens: On the one hand, its focal length is longer than in the variant according to FIG. 5, which makes its realization easier, on the other hand, it is possible to ensure continuity - at least in the center - between the upper part of the lens and the lower part. If there is a discontinuity at certain points, the step may be smaller than that required in the context of the variant according to FIG.
  • the rays 15 directly from the source and reaching the upper portion 14'b of the lens come from a point in front of the focal point of this lens portion. They emerge from the lens by starting upwards.
  • judicious cutting between high and low lenses can be done. For this, it is necessary to estimate the areas of the lens that receive a significant amount of light from the mirror M recuperator. It is in this area that we will place a focused lens at home F2 while the rest of the lens will focus on the source itself. Given the presence of the LED, it is understood that the center of the lens - on a particular radius of about 6 to 10 mm- receives a small amount of radius from the mirror.
  • Figure 11b details the "border" between "high” lens and "low” lens:
  • the horizontal plane passing through the source cuts the lens in two parts (high and low).
  • a cylinder with an axis coinciding with the optical axis passing through the source and with a radius of between 4 and 15 mm also cuts the lens.
  • the lower portion added to the inside of the cylinder corresponds to a first lens portion 14'a focused on the source.
  • the upper part by not taking into account the inside of the cylinder, corresponds to a second lens portion 14'b focused on the focus F2.
  • This variant according to FIG. 11 advantageously authorizes the use of a lens output face common to the portions 14'a and 14'b without any discontinuity of tangency or even of curvature. Only a discontinuity of surface remains between the input faces of the lens portions 14'a and 14'b (discontinuity which can also be limited or even canceled in at least one point, for example in the center, by judiciously choosing the thicknesses of the lens portions 14a with respect to 14b).

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Abstract

Module optique pour projecteur de véhicule automobile, d'axe optique substantiellement horizontal, comportant au moins un module pour donner un faisceau à coupure, ce module comprenant au moins une première source lumineuse (1,1') comportant au moins une diode électroluminescente, caractérisé en ce que : - ledit module intègre aussi au moins un module additionnel (A) avec au moins une deuxième source lumineuse formée par au moins une diode électroluminescente éclairant vers l'avant et une lentille située en avant de la deuxième source pour produire un faisceau complémentaire qui, combiné avec le faisceau à coupure, donne un faisceau route, - et le module additionnel (A) comprend un réflecteur récupérateur de lumière (M) tourné vers l'avant et vers le haut, ce réflecteur récupérateur comportant au moins un foyer, et la deuxième source lumineuse est située par rapport à ce foyer de telle sorte qu'au moins une partie des rayons lumineux provenant de la source sortant du module est réfléchie par le réflecteur récupérateur de lumière (M) suivant une direction ascendante par rapport à l'horizontale pour créer une lumière d'ambiance dans le faisceau route.

Description

  • L'invention est relative à un module optique, notamment destiné à être intégré dans un projecteur de véhicule automobile, d'axe optique substantiellement horizontal, du genre de ceux qui comportent au moins un module pour donner un faisceau à coupure, notamment oblique de type code ou plate de type faisceau anti-brouillard, ce module comprenant au moins une première source lumineuse comportant au moins une diode électroluminescente.
  • Un module optique à faisceau code de ce genre est décrit et revendiqué dans la demande de brevet FR n °06 03062 déposée le 06 avril 2006. Un tel module peut comporter des rangées superposées de modules de sorte que l'encombrement transversal du projecteur est relativement réduit pour un flux lumineux élevé.
  • Les expressions : avant, devant, arrière, etc... sont à comprendre en considérant le sens de propagation de la lumière vers l'avant à partir du module.
  • L'invention a pour but, d'introduire dans un module tel que défini précédemment une fonction route qui assure non seulement l'éclairement route réglementaire mais, de plus, donne une lumière d'ambiance, sans pratiquement modifier l'encombrement du module aussi bien dans le sens transversal que longitudinal.
  • Le module optique selon l'invention pour projecteur de véhicule automobile, est d'axe optique substantiellement horizontal, et comporte au moins un module pour donner un faisceau à coupure, ce module comprenant au moins une première source lumineuse comportant au moins une diode électroluminescente, et tel que :
    • ledit module intègre aussi au moins un module additionnel avec au moins une deuxième source lumineuse formée par au moins une diode électroluminescente éclairant vers l'avant et une lentille située en avant de la deuxième source pour produire un faisceau complémentaire qui, combiné avec le faisceau à coupure, donne un faisceau route,
    • et le module additionnel comprend un réflecteur récupérateur de lumière tourné vers l'avant et vers le haut, ce réflecteur récupérateur comportant au moins un foyer, et la deuxième source lumineuse est située par rapport à ce foyer de telle sorte qu'au moins une partie des rayons lumineux provenant de la source sorte du module est réfléchie par le réflecteur récupérateur de lumière suivant une direction ascendante par rapport à l'horizontale notamment pour créer une lumière d'ambiance dans le faisceau route.
  • On comprend par « substantiellement horizontal » le fait que l'axe optique n'est généralement pas absolument horizontal, une fois le module intégré dans le véhicule, mais légèrement incliné vers le sol , de 0.5° par exemple par rapport à l'horizontal.
  • On comprend par « faisceau à coupure » tout faisceau se différenciant d'un faisceau de type route par une coupure, qui comporte au moins une partie oblique (comme c'est le cas des faisceaux de type code européen ou américain), ou qui est plate (comme c'est le cas des faisceaux de type anti brouillard).
  • De préférence, la lentille travaille pour partie en lumière directe émise par la deuxième source lumineuse et pour partie en lumière indirecte émise par la deuxième source lumineuse puis réfléchie par le réflecteur récupérateur de lumière
  • Selon un mode de réalisation, une première partie des rayons émis par la deuxième source lumineuse est réfléchie par le réflecteur récupérateur de lumière puis traverse la lentille et une seconde partie passe directement par ladite lentille.
  • Optionnellement, une troisième partie des rayons émis par la deuxième source lumineuse est réfléchie par le réflecteur récupérateur de lumière (M) puis sort du module en évitant la lentille.
  • Le réflecteur récupérateur de lumière peut transformer une onde lumineuse sensiblement sphérique en une onde lumineuse sensiblement cylindrique ou torique.
  • Alternativement, le réflecteur récupérateur de lumière est de type sensiblement hyperbolique et apte à transformer une onde sensiblement sphérique en une autre onde sensiblement sphérique.
  • Selon une première variante, la partie des rayons lumineux provenant de la source réfléchie suivant une direction ascendante par rapport à l'horizontale pour créer une lumière d'ambiance dans le faisceau route sort du module en traversant la lentille.
  • Selon une second variante, la partie des rayons lumineux provenant de la source et réfléchie suivant une direction ascendante par rapport à l'horizontale pour créer une lumière d'ambiance dans le faisceau route sort du module en évitant la lentille, notamment en passant au dessus de la lentille.
  • Il est également possible d'avoir une variante intermédiaire où cette partie de ces rayons réfléchis comprend une portion traversant la lentille, et une autre portion ne traversant pas la lentille.
  • Selon un mode de réalisation, la première source éclaire par exemple vers l'avant et le module à faisceau oblique comporte :
    • un premier réflecteur placé devant la première source lumineuse pour la masquer et pour renvoyer la lumière vers l'arrière,
    • et un deuxième réflecteur décalé par rapport à la source lumineuse et au premier réflecteur, ce deuxième réflecteur recevant la lumière réfléchie par le premier réflecteur et la renvoyant vers l'avant pour donner le faisceau à coupure oblique,
    • et la deuxième source lumineuse est en dehors de l'espace en regard du premier réflecteur.
  • On comprend par « en dehors de l'espace en regard du premier réflecteur » le fait que la seconde source de lumière n'est pas en regard de ce réflecteur, le fait que la seconde source ne peut pas éclairer le réflecteur de par son positionnement par rapport à ce réflecteur.
  • L'invention concerne également tout ensemble de modules optiques plusieurs modules à coupure oblique juxtaposés transversalement, le ou chaque module additionnel étant situé dans une bande neutre en avant des modules à coupure oblique, cette bande neutre étant comprise verticalement entre les limites haute et basse des modules à coupure oblique.
  • Cet ensemble de modules optiques peut comporter avantageusement plusieurs premières sources lumineuses et plusieurs deuxièmes sources lumineuses disposées en quinconce relativement aux premières sources lumineuses des modules à coupure oblique.
  • De préférence, le réflecteur récupérateur de lumière tourné vers l'avant est décalé verticalement par rapport à la lentille.
  • Avantageusement, toutes les diodes électroluminescentes du module ou de l'ensemble de modules sont situées dans un même plan : concrètement, la ou chaque diode électroluminescente du module additionnel est disposée sur le même circuit imprimé que la ou les autres diodes électroluminescentes du module
  • Les premières et secondes sources lumineuses peuvent être inclinées pour éclairer vers le haut tout en éclairant vers l'avant.
  • Selon une variante, la partie haute de la lentille est tronquée pour le passage des rayons de la lumière d'ambiance. Le réflecteur récupérateur est alors de préférence du type paraboloïde, situé plus haut que la lentille,et le foyer du réflecteur est situé au voisinage du bord inférieur de la source lumineuse de sorte que les points de la source situés plus haut que le foyer donnent des rayons ascendants après réflexion sur le réflecteur récupérateur.
  • Selon une variante, la partie haute de la lentille comporte une zone pour le passage des rayons de la lumière d'ambiance. Dans ce cas, le réflecteur récupérateur est de préférence du type paraboloïde aussi, situé plus haut que la lentille, et le foyer du réflecteur est situé au voisinage du bord inférieur de la source lumineuse de sorte que les points de la source situés plus haut que le foyer donnent des rayons ascendants après réflexion sur le réflecteur récupérateur.
  • Alternativement, le réflecteur récupérateur est du type ellipsoïdal avec un premier foyer situé sur la deuxième source lumineuse et un deuxième foyer situé en avant dans l'air. Dans ce cas, la lentille présente de préférence en zone de bordure supérieure une lentille supplémentaire. Cette lentille supplémentaire a avantageusement une face extérieure en continuité avec celle de la lentille tandis que sa face intérieure est déterminée pour que le foyer de la lentille supplémentaire soit confondu avec le, ou voisin du, deuxième foyer du réflecteur récupérateur.
  • Cette lentille « supplémentaire » est à comprendre soit comme une lentille associée/ accolée à la lentille principale, soit comme un prolongement de la lentille principale avec laquelle elle ne fait qu'un.
  • Quand le réflecteur récupérateur est de type ellipsoïdal, il peut être déterminé pour donner une ligne focale horizontale substantiellement orthogonale à l'axe optique conduisant à une surface d'onde cylindrique d'axe transversal horizontal, tandis que la lentille supplémentaire est déterminée pour transformer cette surface d'onde en une surface d'onde cylindrique d'axe vertical.
  • Le réflecteur récupérateur de type ellipsoïdal peut alors être relié à la lentille par une plaque en partie haute pour former un ensemble monobloc.
  • La lentille supplémentaire mentionnée plus haut peut comporter deux zones transformant la surface d'onde d'axe transversal horizontal provenant du réflecteur en deux surfaces d'onde cylindriques d'axes verticaux différents.
  • Selon un mode de réalisation alternatif à celui où le réflecteur récupérateur est de type ellipsoïdal, le réflecteur récupérateur peut être du type hyperbolique, le deuxième foyer d'un tel réflecteur étant virtuel, situé derrière le réflecteur récupérateur. La lentille présente alors en zone de bordure supérieure une lentille supplémentaire, selon la même terminologie que précédemment.
  • Avantageusement, ce réflecteur récupérateur du type hyperbolique transforme l'onde sphérique issue de la première source lumineuse en une onde cylindrique, notamment d'axe transverse, formant une ligne de seconds foyers. Et la lentille supplémentaire modifie alors l'onde cylindrique d'axe transverse soit en une onde plane, soit en une onde cylindrique d'axe substantiellement vertical.
  • Par ailleurs, les diodes électroluminescentes utilisées dans le cadre de la présente invention sont de préférence à émetteur plan, notamment rectangulaire, protégé par un élément transparent du type dôme transparent. Il est aussi possible d'utiliser des diodes à émetteur plan, notamment rectangulaire, protégé non par un dôme mais par une plaque transparente plane.
  • L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
    • Fig. 1 est une coupe schématique verticale avec parties arrachées d'un ensemble de modules optiques selon l'invention.
    • Fig. 2 est une vue de droite par rapport à Fig. 1 de l'ensemble de modules.
    • Fig.3 est un schéma illustrant l'éclairement obtenu avec un projecteur selon l'invention.
    • Fig. 4 est une coupe verticale schématique d'une variante du module additionnel et de la lentille.
    • Fig. 5 est une coupe schématique verticale du module additionnel selon une réalisation préférée avec réflecteur récupérateur de type ellipsoïdal.
    • Fig. 6 est une vue schématique en perspective de dessus et de l'arrière du réflecteur et de la lentille d'un module additionnel selon Fig. 5.
    • Fig. 7 montre, semblablement à Fig. 6, une variante de réalisation avec lentille de type lentille de Fresnel pour le module additionnel.
    • Fig. 8 est une vue schématique de dessus de deux modules additionnels avec illustration des surfaces d'onde,
    • Fig. 9 illustre le réseau de courbes isolux obtenu avec la combinaison du module code et du module additionnel,
    • Fig.10 est un schéma illustrant un calcul
    • Et Fig.11a, 11b est une représentation en sections selon deux plans différents d'une variante du module de la figure 5, où le réflecteur récupérateur est cette fois de type hyperbolique.
  • En se reportant à Fig. 1, on peut voir un projecteur lumineux P pour véhicule automobile, d'axe optique horizontal, comportant au moins un module pour donner un faisceau à coupure de type code. Chaque module code comprend une première source lumineuse 1 formée par une diode électroluminescente, appelée LED par abréviation, disposée pour éclairer vers l'avant, un premier réflecteur 2 de type ellipsoïdal placé devant la source 1 pour la masquer et pour renvoyer la lumière vers l'arrière, et un deuxième réflecteur 3 décalé verticalement par rapport à la source lumineuse 1 et au premier réflecteur 2. Une plieuse 4, généralement formée par un miroir plan, est prévue en combinaison avec le réflecteur ellipsoïdal 2 pour créer la coupure du faisceau code. Le deuxième réflecteur 3 reçoit la lumière venant du réflecteur 2 et la renvoie vers l'avant. Le réflecteur 3 est de préférence de type parabolique.
  • La LED 1 est avantageusement du type à émetteur rectangulaire plan protégé par un dôme transparent.
  • Selon la représentation de Fig. 1, la source 1, et les réflecteurs 2 et 3 sont disposés dans la partie haute du projecteur P. En partie basse, on retrouve une disposition assez voisine avec une LED 1', un réflecteur de type ellipsoïdal 2' et un réflecteur de type parabolique 3'. Cette partie basse contribue à augmenter le flux lumineux du faisceau code (coupure oblique).
  • Les sources lumineuses 1 et 1' du module sont disposées sur un même circuit imprimé (PCB) 5 dont le plan est incliné d'arrière en avant par rapport à la verticale, de sorte que les sources 1 et 1' éclairent vers le haut et vers l'avant.
  • La bande horizontale située devant les faces arrière convexes des réflecteurs 2, 2', et verticalement entre les réflecteurs 3, 3' constitue une bande neutre, disponible pour une fonction optique.
  • Le module complet P est généralement constitué par plusieurs modules Ha, Hb, Hc (Fig. 2) semblables à celui de Fig. 1, juxtaposés suivant la direction transversale correspondant à l'axe Ox d'un trièdre trirectangle dont l'axe Oy est confondu avec, ou parallèle à, l'axe optique du projecteur, et l'axe Oz est vertical. Les sources lumineuses des différents modules Ha, Hb, Hc sont disposées sur le même circuit imprimé 5, ce qui facilite la fabrication.
  • Le module complet P comporte, selon l'invention, au moins un module additionnel A permettant de produire un faisceau complémentaire qui, combiné avec le faisceau code, donne un faisceau route satisfaisant non seulement aux obligations réglementaires mais donne, en plus, une lumière d'ambiance. Un tel faisceau permet au conducteur de voir en hauteur et, la nuit, d'avoir une impression de conduite semblable à celle de jour.
  • Le schéma de Fig. 3 illustre ce propos. La ligne de coupure 6 du faisceau code est une ligne en V comportant une branche horizontale 6a à gauche de l'axe optique Oy, perpendiculaire au plan de figure, et une branche oblique 6b montant à 15° sur l'horizontale, en partie droite par rapport à l'axe optique. Lorsque la fonction code est assurée, la ligne horizontale de la coupure 6 est située à environ 0,5° au-dessous d'un plan horizontal B passant par l'axe optique. Lors de la commande de la fonction route, des moyens classiques (non représentés) sont mis en action pour que le faisceau du projecteur soit relevé d'environ 1,5° de sorte que la ligne de coupure horizontale 6 se trouve à environ 1 ° au-dessus du plan horizontal B.
  • Pour que le faisceau produit remplisse les conditions réglementaires imposées à un faisceau route, il suffit d'ajouter au faisceau code relevé un faisceau sensiblement rectangulaire 7 pour que les points réglementaires imposés, généralement situés au voisinage de l'axe optique, et respectivement à 2,5° et 5,1 ° de part et d'autre de l'axe optique, présentent l'éclairage suffisant. Le faisceau 7 correspond sensiblement à un spot lumineux et donne un éclairage en profondeur permettant au conducteur de voir loin devant lui.
  • Le module additionnel A comporte au moins une deuxième source lumineuse 9 éclairant vers l'avant, sans être masquée par les premiers réflecteurs 2 ou 2' et une lentille 10 située en avant de la deuxième source 9. La lentille 10, en général, est convergente, et la deuxième source 9 est située au foyer de la lentille 10, ou à son voisinage.
  • La deuxième source 9 est formée par au moins une LED installée sur le même circuit imprimé 5 que les autres sources lumineuses 1, 1' du projecteur. La LED 9, notamment à émetteur plan rectangulaire protégé par un dôme transparent, associée à la lentille 10 permet de produire le faisceau 7 (Fig.3) sensiblement rectangulaire.
  • Toutefois, ce faisceau additionnel 7 ne permet pas d'éclairer suffisamment des objets en hauteur tels que des arbres 8, des panneaux, des bâtiments, bordant la route, pour que le conducteur ait une impression de conduite semblable à celle qu'il connaît de jour.
  • Le module additionnel A, selon l'invention, est prévu pour assurer une lumière d'ambiance selon un contour sensiblement semi-circulaire K (Fig.3), dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe optique, afin d'éclairer les parties hautes sur les côtés de la route. De préférence l'éclairement est assuré vers le haut selon un angle d'au moins 10° au-dessus de l'horizontale (par exemple compris entre 12 et 20°). A cette fin, le module additionnel A comprend un réflecteur récupérateur de lumière M tourné vers l'avant et décalé, de préférence verticalement, par rapport au contour de la lentille 10. Ce réflecteur récupérateur M comporte au moins un foyer au voisinage duquel est disposée la deuxième source lumineuse 9 de telle sorte qu'au moins une partie réfléchie des rayons lumineux provenant de la source 9 sorte du projecteur suivant une direction ascendante relativement à l'horizontale. Les rayons ascendants passent au-delà du contour de la lentille pour créer la lumière d'ambiance.
  • Selon la réalisation de Fig.1, le réflecteur récupérateur M est un réflecteur parabolique 11. La lentille 10 est tronquée en 10a dans sa partie supérieure pour laisser passer les rayons assurant la lumière d'ambiance. La source 9 est disposée de telle sorte que le foyer du réflecteur M se trouve sur un point de cette source 9 situé au voisinage du bord inférieur de la source 9. Un rayon lumineux i1 partant du point de la source 9 confondu avec le foyer de M sera réfléchi par M suivant un rayon ρ1 parallèle à l'axe optique Oy du projecteur P. Un rayon i2 provenant d'un point de la source 9 situé plus haut que le foyer du réflecteur M donnera, après réflexion, un rayon ρ2 ascendant par rapport à l'horizontale, contribuant à la lumière d'ambiance.
  • En vue de face, c'est-à-dire en vue de droite par rapport à Fig. 1, chaque deuxième source 9 est décalée transversalement par rapport aux sources 1, 1' et généralement disposée en quinconce. Le ou les modules additionnels A sont disposés en avant de la bande neutre située devant les réflecteurs 2, 2' et verticalement entre les limites haute et basse des modules code.
  • La solution de Fig.1 et 2 permet d'obtenir un éclairage vers le haut en plus du faisceau route réglementaire, mais la partie supérieure tronquée 10a de la lentille crée une rupture d'aspect qu'il est préférable d'éviter.
  • Pour cela, comme illustré sur Fig. 4, on prévoit une lentille 12 qui, en partie haute, est continue et présente une zone neutre 12a dont la face extérieure est dans le prolongement de la face extérieure de la lentille 12. La face intérieure de la zone 12a est sensiblement parallèle à la face extérieure. L'épaisseur de la zone neutre 12a est inférieure à celle de la partie inférieure de la lentille 12 de sorte qu'un décrochement 12b est présent sur la face intérieure de la lentille à la base de la zone neutre 12a. Cette zone neutre 12a est sensiblement équivalente à une lame à faces parallèles et un rayon lumineux provenant du réflecteur M traverse la zone neutre sans être sensiblement dévié, mais subit un décalage transversal parallèlement à lui-même.
  • Selon les deux variantes de réalisation correspondant aux Fig. 1 et 4, un observateur situé en avant et regardant d'en haut le projecteur peut voir, à l'intérieur du projecteur, la deuxième source lumineuse 9, une partie du circuit imprimé 5 et la partie convexe des premiers réflecteurs 2, 2', soit à travers la zone neutre 12a, soit à travers l'espace libre existant entre la partie tronquée 10a (Fig. 1) et le réflecteur M. La visibilité de l'intérieur du projecteur n'est, en général, pas souhaitée pour le style.
  • En outre, le réflecteur 11 de type parabolique, notamment à surface complexe, présente une distance focale relativement courte, déterminée par la position de la deuxième source 9, et ne recueille pas un flux lumineux important.
  • Pour améliorer ces différents points, selon une solution préférée illustrée sur Fig. 5 et 6, le réflecteur récupérateur M est constitué par un réflecteur 13 de type ellipsoïdal ayant un premier foyer F1 situé au voisinage du bord supérieur de la source 9, et un deuxième foyer F2 situé dans l'air en avant du réflecteur 13, mais en arrière d'une lentille 14. Cette lentille 14 comprend une partie principale inférieure convergente 14a semblable à la lentille 10 ou à la partie inférieure de la lentille 12. La lentille 14 comporte en outre en partie haute une lentille supplémentaire 14b, convergente selon l'exemple de Fig. 5. La lentille supplémentaire 14b, à la différence d'une zone neutre, empêche de voir nettement à travers elle depuis l'extérieur. Il en est de même pour la partie 14a, ou pour la lentille 10 et la partie inférieure de la lentille 12.
  • La surface extérieure de la lentille supplémentaire 14b est dans la continuité de la surface extérieure de la partie 14a de façon à éviter toute rupture d'aspect. Par contre, un décrochage 14c existe entre la face d'entrée de la partie 14a et la face d'entrée 14e de la lentille supplémentaire 14b, qui forme une sorte de godron.
  • La face de sortie de la lentille supplémentaire 14b est imposée par la continuité de la face de sortie de la partie 14a. La face d'entrée 14e de la lentille supplémentaire 14b est calculée pour que le foyer de cette lentille 14b soit confondu avec le foyer F2, ou voisin de ce foyer. Les rayons lumineux réfléchis par le réflecteur 13 qui passent par le foyer F2 et par le foyer de la lentille 14b sortent à l'horizontale comme le rayon j3 provenant du rayon réfléchi ρ3 et du rayon incident i3. Un rayon incident tel que i4 provenant d'un point de la source 9 situé plus bas que le foyer F1 est réfléchi selon un rayon p4 qui passe au-dessous du foyer F2. Le rayon p4 est réfracté suivant un rayon j4 ascendant par rapport à l'horizontale. Ces rayons ascendants créent la lumière d'ambiance permettant au conducteur de voir en hauteur.
  • Dans l'exemple de Fig. 5, la lentille supplémentaire 14b est convergente et le foyer F2 est situé en arrière de cette lentille.
  • On pourrait avoir une lentille supplémentaire divergente auquel cas le foyer F2 se trouverait en avant de cette lentille. Le réflecteur ellipsoïdal 13 serait alors plus enveloppant en se prolongeant davantage vers l'avant.
  • La position du deuxième foyer F2 suivant une direction parallèle à l'axe optique constitue une variable d'optimisation.
  • La partie supérieure du réflecteur 13 forme une échancrure 13a (Fig.6) concave. On peut prévoir une plaque horizontale 13b fermant l'échancrure 13a et reliant mécaniquement le réflecteur à la lentille. La plaque 13b peut être munie d'un revêtement réfléchissant vers le bas. L'ensemble est alors monobloc et peut être moulé d'une seule pièce en matière plastique transparente appropriée, avec dépôt d'une couche d'aluminium sur les surfaces qui doivent être réfléchissantes.
  • De préférence, le réflecteur 13 n'est pas un véritable ellipsoïde mais est déterminé de manière à créer une ligne focale perpendiculaire au plan de Fig. 5 et qui passe par le point F2.
  • Le réflecteur 13 crée ainsi des surfaces d'onde cylindriques d'axe horizontal perpendiculaire au plan de Fig. 5 et passant par le point F2.
  • Sur Fig. 8 on a représenté schématiquement, en vue de dessus, deux réflecteurs 13 juxtaposés et deux sources 9, combinés avec une même lentille 15 formée par la juxtaposition de deux lentilles 14, avec lentilles supplémentaires 14b , symétriques par rapport à un plan vertical V parallèle à l'axe optique, passant entre les réflecteurs 13. Les lignes focales D horizontales des réflecteurs 13 sont alignées. Chaque ligne focale D passe par le foyer F2 du réflecteur 13 correspondant, et les traces successives des surfaces d'onde cylindriques d'axe D, sur le plan horizontal, sont constituées par des génératrices rectilignes g1, g2, g3 parallèles à D.
  • Selon le schéma de Fig. 8, la lentille 15 s'étend devant les deux réflecteurs juxtaposés 13. On considérera la lentille 14 affectée au réflecteur 13 situé en partie haute sur Fig. 8, l'autre lentille s'en déduisant par symétrie relativement au plan V. Cette lentille 14 comporte en partie haute une lentille supplémentaire 14b ayant deux zones à savoir une zone 14ba éloignée du plan V et une zone 14bb proche du plan V, comme illustré en perspective sur FiG.6 et 7.
  • La zone 14ba est prévue pour créer, en sortie, une surface d'onde cylindrique d'axe vertical. La trace de cet axe vertical sur le plan horizontal passant par l'axe optique est un point ma relativement proche du plan V. La zone 14bb donne une surface d'onde cylindrique d'axe vertical ayant pour trace, sur le même plan horizontal, un point mb plus éloigné du plan V et de la lentille 14b que le point ma. Les surfaces d'onde Na correspondant à la zone 14ba ont un rayon de courbure plus faible que les surfaces d'onde Nb correspondant à la zone 14b.
  • Fig. 6 montre, en perspective, les zones 14ba, 14bb. La hauteur h de la lentille supplémentaire 14b est relativement réduite en particulier égale à 6mm ou 7 mm.
  • En se reportant à Fig.7 on peut voir une lentille 14' de type lentille de Fresnel ayant une épaisseur réduite dans la zone centrale. Les bords sensiblement verticaux 14f de la lentille sont plus épais que la région centrale, avec formation d'un décroché 14g.
  • Fig.9 illustre le réseau de courbes isolux obtenues avec la fonction route d'un projecteur selon l'invention. Ce réseau présente des courbes d'éclairement C1, C2 s'élevant au-dessus du plan horizontal de l'axe optique, avantageusement selon un angle d'environ 10° par rapport à l'horizontale, suffisantes pour assurer une lumière d'ambiance. Ces courbes C1, C2 présentent deux sommets latéraux rappelant la forme d'oreilles. La zone centrale C3 correspond au spot du faisceau route et à l'éclairement maximal longue portée.
  • Un projecteur selon Fig.5 à 8 peut être déterminé comme suit.
  • Principe optique (réflecteur 13 + zone spéciale ou lentille supplémentaire 14b, en haut de la lentille 14) :
  • Le réflecteur 13 crée une "image" de la source 9 s'étendant le long et en dessous d'une ligne immatérielle horizontale, perpendiculaire à l'axe optique et située entre le miroir et la lentille (droite D (F, x ). La lentille 14b transforme une hypothétique onde cylindrique issue de la ligne précédente en une onde cylindrique d'axe vertical (avec le cas particulier intéressant de l'onde plane).
  • Plus précisément, le réflecteur 13 renvoie une famille de rayons limites issus du bord supérieur de l'émetteur ou source 9 vers la ligne (F,x ), perpendiculairement à celle-ci.
  • On voit que si les rayons limites sont choisis convenablement, ce système crée une coupure (plate), sans cache ni plieuse (la lumière est au-dessus de la coupure). Le choix de la position ma, mb de l'axe de l'onde de sortie permet de choisir l'étalement du faisceau (rayon du cylindre) et la position angulaire du maximum d'intensité (position en x de l'intersection de l'axe du cylindre avec le plan z = 0). Toutefois, la détermination des bons rayons limites dans le cas d'un émetteur 9 couvert par un dôme protecteur non plan implique des résolutions numériques lourdes pour chaque point calculé ; comme il n'est pas nécessaire (voire peu souhaitable) de créer une coupure basse très nette dans le cas d'un faisceau route complémentaire, il est possible ici de négliger les déviations horizontales dues au ballon transparent, recouvrant la source 9, pour les rayons "limites" (parallèles à l'axe optique) atteignant le réflecteur 13 dans la zone à X - L s 2 , L s 2 ,
    Figure imgb0001

    L s est la largeur de l'émetteur, supposé centré horizontalement sur le repère.
  • Dans ces conditions, il est possible de calculer préalablement les rayons limites (approximatifs pour une partie d'entre eux) et d'utiliser cette famille comme base d'un maillage pour le calcul du réflecteur 13 ; les rayons considérés peuvent en outre être directement et donc simplement propagés à travers le ballon.
  • Les rayons limites considérés sont de la forme (F s, r 1, ), où : F s = x 0 0 et r 1 = ( 0 cos ( t ) sin ( t ) ) , pour x - L s 2 , L s 2 et t 0 , π 2 + ω
    Figure imgb0002
    (θ est l'angle formé entre le rayon partant du foyer, atteignant le réflecteur, réfléchi au foyer F2 et atteignant le bas de la surface 14 e et un plan horizontal) F s = / 2 L s 0 0 et r 1 = ( sin ( φ ) cos ( t ) cos ( φ ) cos ( t ) sin ( t ) ) , pour t θ , π 2 + ω et φ 0 , π 2
    Figure imgb0003
    F s = / 2 - L s 0 0 et r 1 = ( sin ( φ ) cos ( t ) cos ( φ ) cos ( t ) sin ( t ) ) , pour t θ , π 2 + ω et φ - π 2 , 0
    Figure imgb0004
  • Le dôme étant supposé centré en S, situé δs en dessous de la surface de l'émetteur (δs ≈ 0,1 mm dans le cas de diodes commercialisées), il est possible de propager les rayons ci-dessus jusqu'au dioptre intérieur du ballon (équation du second degré pour trouver les intersections), de calculer la direction des rayons réfractés correspondants à l'aide des lois de Descartes (la normale au ballon est toujours colinéaire au vecteur : S - intersection), de propager ces rayons réfractés dans le matériau du ballon (indice n connu, donné par le fabricant de la LED) jusqu'à la surface sphérique extérieure (de nouveau, équation polynomiale du second degré pour trouver les points d'émergence) et de déterminer les directions des rayons émergents (lois de Descartes, passage matériau → air).
  • Soit P 2 un point d'émergence et r 3 un vecteur directeur unitaire du rayon correspondant, soit µ1 la distance parcourue par le rayon de F s à son intersection avec la surface intérieure du ballon et µ 2 la distance parcourue dans le matériau du ballon (µ 1 et µ 2 sont les solutions des équations du second degré mentionnées plus haut), on doit avoir : distance P 2 + λ r 3 , droite F x + λ + n μ 2 + μ 1 = k ,
    Figure imgb0005

    k est une constante et P 2 + λr 3 est l'intersection du rayon et de la surface du réflecteur.
    L'équation précédente implique : P 2 y + λ r 3 y - F y 2 + P 2 z + λ r 3 z - F z 2 = k - n μ 2 - μ 1 - λ 2 ,
    Figure imgb0006
    d'où on tire λ et donc un point du réflecteur recherché.
  • Pour déterminer k, connaissant un point imposé (voir Fig.10) U = 0 - sin ω cos ω ,
    Figure imgb0007
    on cherche t, tel que la droite
    (P2 (x= 0,t), r 3 (x= 0,t)) passe par U (résolution numérique de cos ω - P 2 z . r 3 y = sin ω - P 2 y . r 3 z
    Figure imgb0008
    en fonction de t).
  • Le dégagement u' est un paramètre de conception ; il doit toutefois être choisi de sorte que U soit situé au-delà du bord du boîtier du composant.
  • Alors k = µ 1 + nµ 2 + P 2U + distance (u, droite (F,x)), pour µ 1, µ 2 et P 2, en x=0, correspondant à la valeur de t trouvée
  • Calcul de la lentille supplémentaire 14b :
  • Soient R et r les rayons du tore constituant la surface de sortie, et soit T l'ordonnée du point le plus en avant de cette surface (paramètres de conception) : une équation paramétrique de la surface est, avec R le rayon majeur du tore et r le rayon mineur du tore : Γ = ( X Γ Y Γ Z Γ ) = ( R + rcos φ ) sin θ ( R + rcos φ ) cos θ + T - R - r rsin φ , n s = cosφsinθ cosφsinθ sinφ
    Figure imgb0009
    est un vecteur normal à la surface en Γ.
  • Soit ((Cx , Cy, O), z ) l'axe de la surface d'onde cylindrique émergente, on considère le rayon issu de Γ atteignant cette surface, qu'on propage en sens inverse : ce rayon, a un vecteur directeur i = C x - X Γ C y - Y Γ 0
    Figure imgb0010
    et on peut calculer le rayon réfracté correspondant (lois de Descartes) :
    soit r son vecteur directeur, on cherche P= Γ + λr point de la surface d'entrée à calculer.
  • On écrit la constante du chemin optique entre la surface d'onde de sortie et la surface cylindrique source (d'axe (F, x )): σ × y r - C y 2 + x Γ - C x 2 + n λ + y Γ + λ r y + F y 2 + z , r + λr z - F z 2
    Figure imgb0011
    avec k une constante
    n est l'indice du matériau de la lentille (pas nécessairement le même que celui du dôme de la LED utilisé lors du calcul du réflecteur) et où σ = -1 si l'axe de la surface d'onde émergente est situé derrière la surface de sortie de la lentille (du même côté que la source) et σ = +1 dans le cas contraire.
    (L'équation précédente peut être ramenée à une équation du second degré en λ).
  • k est déterminé par la donnée de l'épaisseur ep au centre de la lentille à une hauteur donnée
  • h : compte tenu des notations ci-dessous, on détermine ho et δ
  • h, ho et δ sont définis de la façon suivante :
    • h est la hauteur au dessus de l'axe optique pour laquelle, dans le plan de la figure 5, l'épaisseur de la lentille 14b est égale à ep, h et ep étant des grandeurs de dimensionnement et pouvant être choisies arbitrairement
    • ho est la hauteur au dessus de l'axe optique du point d'émergence d'un rayon provenant du foyer F2 et atteignant la surface 14 e à une hauteur h au dessus de l'axe optique,
    • δ est la distance le long de l'axe optique entre le point de hauteur h o au dessus de l'axe optique et le point de hauteur h au dessus de l'axe optique, sur la face de sortie de la lentille 14.
  • h o et δ sont déterminés pour la coupe de la figure 5, à x = 0 (AO représente, sur la figure 5, l'axe optique du module)
    alors on a : K = n e p - δ 2 + h - h o 2 + 2 + F z - h 2 + σ ( C y - D + e p - r 2 + h 0 2 ) + C x 2
    Figure imgb0012
    (D et h 1 sont des paramètres de conception)
  • Dimensionnement :
  • Ayant fixé les paramètres de conception D, l, h 1, h 2, h, e p et u et connaissant ω et les dimensions de la source, on détermine la position de F et la valeur de θ, en imposant au réflecteur de n'éclairer que la zone dédiée de la lentille. Pour cela, on fait une étude en première approximation, en coupe verticale par x= 0, sans tenir compte du dôme protecteur de la source (ce qui permet de considérer que la coupe du réflecteur est un arc d'ellipse).
  • Cette étude permet de déterminer Fz et θ (qui sont indispensables aux autres calculs) et de tenter d'ajuster les paramètres de dimensionnement, à l'intérieur de plages raisonnables, afin de minimiser θ, qui peut être considéré comme une mesure du flux capté (plus θ est faible, plus le flux récupéré est grand).
  • Une variante de module selon la figure 5 est maintenant décrite à l'aide des figures 11a, 11b : dans cette variante (dont on ne décrira en détails que les caractéristiques modifiées par rapport à la variante selon la figure 5), le réflecteur récupérateur M est un miroir hyperbolique. Un miroir de type hyperbolique permet en effet d'imager la source réelle située au premier foyer de l'hyperbole avec un point virtuel situé au second foyer de l'hyperbole. De la même manière que l'ellipse de la figure 5 imageait la source avec une ligne de foyer, il est possible d'utiliser un miroir hyperbolique qui image la source avec une ligne de foyers virtuels. Plus précisément, un rayon i3 issu de la source réelle est réfléchi par M de telle façon que le rayon réfléchi r3 semble provenir du point F2, le second foyer de l'hyperbole. Dans ce cas, il est alors nécessaire que la partie supérieure de la lentille 14'b puisse transformer l'onde sphérique issue virtuellement de F2 en une onde plane ou en une onde cylindrique .De la même façon, lorsque le miroir conjugue la source avec un segment de foyers, la lentille aura pour fonction de transformer l'onde cylindrique issue du segment en une onde plane ou une onde cylindrique à directrice verticale. Concrètement, le rayon r3 issu du réflecteur est redressé par la lentille pour repartir dans la direction de l'axe optique.
  • Selon cette variante, on peut prolonger le miroir récupérateur M jusqu'au bord supérieur de la lentille et ainsi récupérer une quantité plus importante de flux, en le rendant ainsi plus « enveloppant » vis-à-vis de la source de lumière. En outre, pour certaines orientation de la Led, le miroir récupérateur collecte du flux lumineux dans des directions ou l'intensité issue de la source est la plus forte. Un autre avantage de cette variante réside dans la nature de la partie supérieure de la lentille : D'une part, sa focale est plus longue que dans la variante selon la figure 5, ce qui rend sa réalisation plus aisée, d'autre part, il est possible d'assurer une continuité - au moins au centre - entre la partie supérieure de la lentille et la partie inférieure. Si il subsiste une discontinuité en certains points, la marche peut être plus réduite que celle nécessaire dans le cadre de la variante selon la figure 5.
  • Les rayons i5 issus directement de la source et atteignant la partie supérieure 14'b de la lentille proviennent d'un point en avant du point focal de cette partie de lentille. Ils ressortent donc de la lentille en repartant vers le haut. Afin d'optimiser leur trajectoire, un découpage judicieux entre lentille haute et lentille basse peut être fait. Pour cela, il convient d'estimer les zones de la lentille qui reçoivent une quantité importante de lumière venant du miroir récupérateur M. C'est dans cette zone que l'on placera une lentille focalisée au foyer F2 alors que le reste de la lentille sera focalisé sur la source elle-même. Compte tenu de la présence de la Led, on comprend que le centre de la lentille - sur un rayon notamment d'environ 6 à 10 mm- reçoive une faible quantité de rayon issus du miroir.
  • La figure 11 b détaille la « frontière » entre lentille « haute » et lentille « basse »: Le plan horizontal passant par la source découpe la lentille en deux partie (haute et basse). Un cylindre d'axe confondu avec l'axe optique passant par la source et de rayon compris entre 4 et 15 mm découpe également la lentille. La partie basse additionnée de l'intérieur du cylindre correspond à une première partie de lentille 14'a focalisée sur la source. La partie haute, en ne prenant pas en compte l'intérieur du cylindre, correspond à une deuxième partie de lentille 14'b focalisée sur le foyer F2.
  • Cette variante selon la figure 11 autorise avantageusement l'utilisation d'une face de sortie de lentille commune aux portions 14'a et 14'b sans aucune discontinuité de tangence ou même de courbure. Seule une discontinuité de surface subsiste entre les faces d'entrée des portions de lentilles 14'a et 14'b (discontinuité qui peut d'ailleurs être limitée, voire annulée en au moins un point, par exemple au centre, en choisissant judicieusement les épaisseurs des portions de lentille 14a par rapport à 14b).

Claims (24)

  1. Module optique (P) pour projecteur de véhicule automobile, d'axe optique substantiellement horizontal, comportant au moins un module pour donner un faisceau à coupure, ce module comprenant au moins une première source lumineuse (1,1') comportant au moins une diode électroluminescente, caractérisé en ce que :
    - ledit module (P) intègre aussi au moins un module additionnel (A) avec au moins une deuxième source lumineuse (9) formée par au moins une diode électroluminescente éclairant vers l'avant et une lentille (10 ; 12 ;14 ;15) située en avant de la deuxième source pour produire un faisceau complémentaire (7) qui, combiné avec le faisceau à coupure, donne un faisceau route,
    - et le module additionnel (A) comprend un réflecteur récupérateur de lumière (M) tourné vers l'avant et vers le haut, ce réflecteur récupérateur comportant au moins un foyer, et la deuxième source lumineuse (9) est située par rapport à ce foyer de telle sorte qu'au moins une partie des rayons lumineux provenant de la source sortant du module (P) est réfléchie par le réflecteur récupérateur de lumière (M) suivant une direction ascendante (ρ2, j4) par rapport à l'horizontale, notamment pour créer une lumière d'ambiance dans le faisceau route.
  2. Module optique (P) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la lentille (10 ; 12 ;14 ;15) travaille pour partie en lumière directe émise par la deuxième source lumineuse (9) et pour partie en lumière indirecte émise par la deuxième source lumineuse (9) puis réfléchie par le réflecteur récupérateur de lumière (M).
  3. Module optique (P) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une première partie des rayons émis par la deuxième source lumineuse (9) est réfléchie par le réflecteur récupérateur de lumière (M) puis traverse la lentille (10 ; 12 ;14 ;15), et une seconde partie passe directement par ladite lentille.
  4. Module optique (P) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une troisième partie des rayons émis par la deuxième source lumineuse (9) est réfléchie par le réflecteur récupérateur de lumière (M) puis sort du module en évitant la lentille (10 ; 12 ;14 ;15),
  5. Module optique (P) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réflecteur récupérateur de lumière (M) transforme une onde lumineuse sensiblement sphérique en une onde lumineuse sensiblement cylindrique ou torique.
  6. Module optique (P) selon l'une des caractéristiques précédentes, caractérisé en ce que le réflecteur récupérateur de lumière (M) est de type sensiblement hyperbolique et apte à transformer une onde sensiblement sphérique en une autre onde sensiblement sphérique.
  7. Module optique (P) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie des rayons lumineux provenant de la source réfléchie suivant une direction ascendante (ρ2, j4) par rapport à l'horizontale pour créer une lumière d'ambiance dans le faisceau route sort du module (P) en traversant la lentille (10 ; 12 ;14 ;15).
  8. Module optique (P) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie des rayons lumineux provenant de la source et réfléchie suivant une direction ascendante (ρ2, j4) par rapport à l'horizontale pour créer une lumière d'ambiance dans le faisceau route sort du module (P) en évitant la lentille (10 ; 12 ;14 ;15), notamment en passant au dessus de la lentille.
  9. Module optique (P) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première source (1,1') éclaire vers l'avant et le module à faisceau oblique (P) comporte :
    - un premier réflecteur (2, 2') placé devant la première source lumineuse (1, 1') pour la masquer et pour renvoyer la lumière vers l'arrière,
    - et un deuxième réflecteur (3, 3') décalé par rapport à la source lumineuse et au premier réflecteur, ce deuxième réflecteur recevant la lumière réfléchie par le premier réflecteur et la renvoyant vers l'avant pour donner le faisceau à coupure oblique,
    - et la deuxième source lumineuse (9) est en dehors de l'espace en regard du premier réflecteur (2, 2').
  10. Ensemble de modules optiques selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs modules à coupure oblique (Ha, Hb, Hc) juxtaposés transversalement et en ce que le ou chaque module additionnel (A) est situé dans une bande neutre en avant des modules à coupure oblique, cette bande neutre étant comprise verticalement entre les limites haute et basse des modules à coupure oblique.
  11. Ensemble de modules optiques selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs premières sources lumineuses (1,1') et plusieurs deuxièmes sources lumineuses (9) disposées en quinconce relativement aux premières sources lumineuses (1,1') des modules à coupure oblique.
  12. Module selon l'une des précédentes, caractérisé en ce que le réflecteur récupérateur de lumière (M) tourné vers l'avant est décalé verticalement par rapport à la lentille (10, 12, 14).
  13. Module ou Ensemble de modules selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque diode électroluminescente (9) du module additionnel est disposée sur le même circuit imprimé (5) que la ou les autres diodes électroluminescentes (1, 1') du module (P).
  14. Module ou Ensemble de modules selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premières et secondes sources lumineuses (1, 1',9) sont inclinées pour éclairer vers le haut tout en éclairant vers l'avant.
  15. Module ou Ensemble de modules selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie haute (10a) de la lentille est tronquée pour le passage des rayons de la lumière d'ambiance, le réflecteur récupérateur (M) est du type paraboloïde (11), situé plus haut que la lentille (10), et le foyer du réflecteur (11) est situé au voisinage du bord inférieur de la source lumineuse (9) de sorte que les points de la source situés plus haut que le foyer donnent des rayons ascendants (ρ2) après réflexion sur le réflecteur récupérateur (M).
  16. Module ou Ensemble de modules selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie haute de la lentille (12) comporte une zone neutre (12a) pour le passage des rayons de la lumière d'ambiance, le réflecteur récupérateur (M) est du type paraboloïde (11), situé plus haut que la lentille (12), et le foyer du réflecteur est situé au voisinage du bord inférieur de la source lumineuse (9) de sorte que les points de la source situés plus haut que le foyer donnent des rayons (p2) ascendants après réflexion sur le réflecteur récupérateur.
  17. Module ou Ensemble de modules selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réflecteur récupérateur (M) est du type ellipsoïdal (13) avec un premier foyer (F1) situé sur la deuxième source lumineuse (9), et un deuxième foyer (F2) situé en avant dans l'air, et la lentille (14) présente en zone de bordure supérieure une lentille supplémentaire (14b), dont la face extérieure est notamment en continuité avec celle de la lentille (14), tandis que sa face intérieure est notamment déterminée pour que le foyer de la lentille supplémentaire soit confondu avec le, ou voisin du, deuxième foyer (F2) du réflecteur récupérateur (13).
  18. Module ou Ensemble de modules selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le réflecteur récupérateur (M) de type ellipsoïdal (13) est déterminé pour donner une ligne focale horizontale (D) substantiellement orthogonale à l'axe optique conduisant à une surface d'onde cylindrique d'axe transversal horizontal, tandis que la lentille supplémentaire (14b) est déterminée pour transformer cette surface d'onde en une surface d'onde cylindrique d'axe vertical.
  19. Module ou Ensemble de modules selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que le réflecteur récupérateur de type ellipsoïdal (13) est relié à la lentille par une plaque (13b) en partie haute pour former un ensemble monobloc.
  20. Module ou Ensemble de modules selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que la lentille supplémentaire (14b) comporte deux zones (14ba, 14bb) transformant la surface d'onde d'axe transversal horizontal provenant du réflecteur en deux surfaces d'onde cylindriques (Na, Nb) d'axes verticaux différents.
  21. Module ou Ensemble de modules selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réflecteur récupérateur (M) est du type hyperbolique (13'), et en ce que la lentille (14') présente en zone de bordure supérieure une lentille supplémentaire (14'b).
  22. Module ou Ensemble de modules selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le réflecteur récupérateur (M) du type hyperbolique transforme l'onde sphérique issu de la première source lumineuse (1,1') en une onde cylindrique, notamment d'axe transverse, formant une ligne de seconds foyers.
  23. Module ou Ensemble de modules selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la lentille supplémentaire (14'b) modifie l'onde cylindrique d'axe transverse en une onde plane ou une onde cylindrique d'axe substantiellement vertical.
  24. Module ou Ensemble de modules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes sont à émetteur, notamment rectangulaire, plan et protégé par un élément transparent de type dôme ou plaque.
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