EP2410237A1

EP2410237A1 - Réflecteur du type elliptique corrigé

Info

Publication number: EP2410237A1
Application number: EP11174353A
Authority: EP
Inventors: Pierre Albou; Julien Muller
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-07-18
Also published as: FR2962784A1; EP2410237B1; FR2962784B1

Abstract

L'invention a trait à un module d'éclairage pour un projecteur de véhicule automobile, comprenant un premier réflecteur (10) avec une surface réfléchissante, avec au moins un premier foyer (22) pour une source lumineuse et un second foyer (24) ; un élément dioptrique (4), disposé de manière à recevoir les rayons lumineux réfléchis par le premier réflecteur ; une lame en matériau transparent (6) entre ledit premier réflecteur (10) et ledit élément dioptrique (4) ; ladite surface réfléchissante étant formée de manière à ce que des rayons émis par ladite source lumineuse et partant du premier foyer (22) passent approximativement par ledit second foyer (24) après réflexion sur ladite surface réfléchissante et réfraction au passage dans ladite lame (6).

Description

L'invention a trait à un module d'éclairage pour projecteur véhicule automobile ainsi qu'à un procédé d'optimisation d'un tel module. Plus particulièrement, le module d'éclairage comprend un réflecteur avec un premier et second foyer, tel qu'un réflecteur elliptique, une lame en matériau transparent disposée à proximité du second foyer, et un élément dioptrique comme par exemple une lentille convergente.
Pour créer des coupures dans les faisceaux, il est connu d'utiliser des caches horizontaux réfléchissants appelés « plieuses », comme par exemple dans le document de brevet EP1357334 . Il est connu du document FR 2 917 484 A1 de prévoir un tel dispositif avec un revêtement réfléchissant sur la tranche supérieure d'une lame en guise de plieuse. Ce document divulgue en effet un module optique comprenant un double réflecteur du type elliptique avec un premier foyer où une source lumineuse est disposée, un second foyer, un élément dioptrique du type lentille biconvexe dont le foyer est confondu avec le second foyer du réflecteur, et une lame en matériau transparent disposée perpendiculairement à l'axe optique du module. La tranche ou surface supérieure de la lame transparente est généralement plane et alignée avec l'axe optique et recouverte d'un revêtement réfléchissant. Le bord avant de la tranche, c'est-à-dire le bord de la tranche du côté de la lentille est au voisinage du second foyer. Le revêtement réfléchissant sur la tranche supérieure de la lame transparent consiste par exemple en un dépôt d'aluminium, déposé sous vide avec une épaisseur allant de moins de un micron à quelques dizaines de microns. Le revêtement réfléchissant constitue une « plieuse » apte à « replier » par réflexion les rayons provenant du réflecteur supérieur afin d'assurer une coupure du faisceau du type « code » ainsi généré. Les rayons provenant du réflecteur inférieur viennent s'ajouter à ceux du réflecteur supérieur afin d'assurer la fonction « route ». La plieuse ainsi formée présente l'avantage d'être extrêmement fine ce qui est particulièrement intéressant en fonction « route » afin d'éviter une zone sombre entre les faisceaux « code » et « route ». Une telle finesse de plieuse est difficile à atteindre au moyen d'une plaque réfléchissante, à tout le moins dans une logique industrielle et à un prix raisonnable.
La lame servant du support au revêtement réfléchissant présente cependant l'inconvénient d'avoir un indice de réfraction supérieure à 1 et, partant, de réfracter les rayons provenant du réflecteur inférieur. L'utilisation d'une lame transparente support génère par conséquent une légère déviation des rayons qui sinon passeraient par le second foyer. Il en résulte une perte de rendement et de qualité d'éclairage, l'intensité maximum étant plus faible qu'en l'absence de lame. De plus, l'éclairage du type « code » est assuré par la mise en place d'un cache mobile occultant entre la plieuse et la lentille. Cette construction conduit à des pertes de rendement puisqu'une partie de la puissance d'éclairage se perd dans le boîtier du projecteur en éclairage du type « code ».
Le document de brevet FR 2 858 042 A1 divulgue un dispositif d'éclairage comprenant deux réflecteurs elliptiques disposés en opposition par rapport à un plan comprenant l'axe optique du dispositif. Il se distingue de celui du document précédent essentiellement en ce que chaque réflecteur comprend sa propre source lumineuse, le réflecteur inférieur est incliné de manière à ce que son axe optique forme un angle avec l'axe optique du dispositif et du réflecteur supérieur. Cette construction permet de s'affranchir du cache de l'enseignement précédent et permet de ménager un peu de place pour le refroidissement des sources lumineuses. Il s'agit en effet préférentiellement de sources lumineuses du type à diode électroluminescente qui génèrent une certaine quantité de chaleur et requièrent un refroidissement adapté. Le dispositif de ce document se distingue de l'enseignement précédent également en ce que le support du revêtement formant la plieuse n'est plus en forme de lame mais bien de pièce arrondie avec une face supérieure essentiellement plate pour le revêtement. La surface arrondie du support est généralement sphérique centrée sur le second foyer. Les rayons provenant du réflecteur inférieur pénètrent le support transparent à la normale de sa surface extérieure si bien que les rayons ne sont pas déviés par réfraction. Cette pièce est idéalement réalisée en PMMA (polymétacrylate de méthyle). La réalisation de cette pièce support est assez coûteuse à échelle industrielle, en particulier lorsqu'elle est en verre. L'utilisation de matière plastique s'est en effet avérée problématique en raison de la présence de la lentille qui peut occasionner une surchauffe de cette pièce par la lumière extérieure (« sun burn »). Le verre est par conséquent privilégié. De plus, cette pièce présente une épaisseur importante en comparaison avec la lame de l'enseignement précédent, ce qui augmente les pertes intrinsèques par absorption.
La demande de brevet n° FR09/56728 du même déposant que la présente demande et non encore publiée à la date dépôt de la présente demande a trait à un module d'éclairage comprenant une double lame constituée de deux lames superposées avec un léger jeu de manière à former deux dioptres entre la matière transparente et la fine couche d'air emprisonnée entre les deux lames, ces dioptres permettant d'assurer un phénomène de réflexion totale et ainsi de jouer le rôle de plieuse. La face de la lame faisant face au réflecteur inférieur assurant la fonction « route » présente un profil particulier afin de récupérer certains rayons qui seraient sinon perdus. Tout comme pour l'enseignement du document FR 2 917 484 A1 , l'utilisation de lames transparentes génère une légère déviation des rayons qui sinon passeraient par le second foyer et, partant, une perte de rendement et de qualité d'éclairage, notamment par réflexions vitreuses.
L'invention a pour but de proposer un module d'éclairage plus performant que les modulés cités précédemment.
L'objet de l'invention concerne en un module d'éclairage pour un projecteur de véhicule automobile, comprenant :

un premier réflecteur avec une surface réfléchissante, avec au moins un premier foyer pour une source lumineuse et un second foyer;
un élément dioptrique avec un axe optique, disposé de manière à recevoir les rayons lumineux réfléchis par le premier réflecteur et à transmettre les rayons lumineux l'atteignant en un faisceau lumineux ; cet élément dioptrique peut par exemple être une lentille convergente ;
une lame en matériau transparent, disposée entre le premier réflecteur et l'élément dioptrique ;

Ainsi, la surface réfléchissante selon la présente invention est corrigée comparé aux surfaces réfléchissantes à deux foyers de l'art antérieur. Dans, l'art antérieur la forme du réflecteur est telle que les rayons lumineux émis par la source lumineuse et partant du premier foyer sont réfléchis vers le second foyer. L'utilisation de lame avec ces systèmes de l'art antérieur entraîne la déviation des rayons partant du premier foyer avant qu'ils n'atteignent le second foyer. Après réfraction ces rayons, qui partaient initialement du premier foyer, ne passent plus par le second foyer. En revanche, selon l'invention, la surface est telle que c'est après réfraction que ces rayons partant du premier foyer passent par le second foyer. On a donc, selon la présente invention une surface à deux foyers corrigée.
Ces mesures permettent d'optimiser de manière simple le réflecteur en corrigeant au moins une partie de sa surface réfléchissante afin de compenser l'effet de réfraction de la lame. Cela permet d'améliorer la photométrie de réflecteur avec une lame entre le réflecteur et la lentille. L'utilisation d'une lame entre le réflecteur et la lentille peut être faite de différentes façons. L'utilisation d'une lame cause cependant des pertes de lumière de l'ordre de quelques pourcents, par exemple de l'ordre de 10%, en fonction du matériau et de l'épaisseur de lame. Il est donc important pour des raisons de rendement d'optimiser l'optique du module. La correction proposée permet d'obtenir un faisceau plus concentré et de meilleure photométrie. Ceci permet également d'optimiser l'utilisation d'une lame comme support de plieuse, et ainsi d'avoir une plieuse d'épaisseur particulièrement mince, notamment dans une application où la plieuse sert de coupure pour un premier faisceau à coupure s'ajoutant à un deuxième faisceau complémentaire à coupure, en vue d'éviter une zone sombre entre les faisceaux. Par exemple, on évite une zone sombre entre un faisceau code avec une coupure supérieure et un faisceau complémentaire avec une coupure inférieure, le faisceau complémentaire associé au faisceau code formant un faisceau route.
La surface réfléchissante peut par exemple être une surface de portion d'ellipsoïde corrigée, c'est-à-dire une surface modifiée par rapport à une surface de portion d'ellipsoïde de manière à compenser la réfraction de la lame.
Selon un mode avantageux de l'invention, la surface réfléchissante corrigée est telle qu'elle transforme une surface d'onde sphérique dans l'air issue d'un point donné de la source lumineuse en une surface d'onde sphérique dans le matériau de la lame centrée approximativement au second foyer. Ce point donné est par exemple le centre de la source lumineuse.
La surface réfléchissante corrigée correspond à une surface calculée sur base du principe de Fermat de retour inverse de la lumière et de stationnarité du chemin optique suivi par la lumière le long d'un trajet, en partant d'un faisceau de rayons inverses passant par le second foyer.
La surface calculée est obtenue par calcul vectoriel du faisceau de rayons inverses réfléchis par une surface imaginaire correspondant à la surface à calculer, qui est déterminée en imposant la constance du chemin optique le long des trajets calculés.
Selon un autre mode avantageux de l'invention, la lame est disposée de manière à présenter une tranche généralement plane et généralement alignée avec l'axe optique de l'élément dioptrique, ladite tranche formant une plieuse apte à réfléchir une partie des rayons réfléchis par la surface réfléchissante du premier réflecteur vers une partie de l'élément dioptrique. Préférentiellement, la tranche de la lame est couverte d'un revêtement réfléchissant. La surface supérieure de la lame forme ainsi une plieuse avec une épaisseur particulièrement mince, par exemple en vue d'éviter une zone sombre entre les faisceaux « route » et « code ».
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le bord de la tranche de la lame du côté de l'élément dioptrique est approximativement au niveau dudit second foyer.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, l'axe optique du premier réflecteur forme un angle avec l'axe optique de l'élément dioptrique, préférentiellement un angle de plus de 10°, plus préférentiellement un angle de plus de 20°, plus préférentiellement encore un angle de plus de 30°. Préférentiellement encore cet angle est inférieur à 50°. Ces angles permettent d'optimiser le rendement.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le premier réflecteur est disposé de manière à ce que sa surface réfléchissante s'éloigne de l'axe optique de l'élément dioptrique lorsque ladite surface réfléchissante se rapproche de son premier foyer. Par exemple, lorsque l'axe optique de l'élément dioptrique est horizontal, le premier foyer de la surface réfléchissante est situé dessous l'axe optique de l'élément dioptrique.
La correction de surface réfléchissante proposée est particulièrement intéressante pour cette configuration du réflecteur, à savoir lorsqu'il est incliné et de surcroît lorsqu'il est « retourné ». En effet, dans cette configuration, les rayons pénètrent la lame avec un angle d'incidence plus important et subissent par conséquent une plus grande déviation. La correction permet de compenser cette déviation.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le module comprend un deuxième réflecteur avec une surface réfléchissante, au moins un premier foyer pour une source lumineuse, un second foyer, ladite surface réfléchissante étant apte à réfléchir les rayons émis par ladite source lumineuse partant dudit premier foyer vers ledit second foyer, ledit second foyer étant approximativement confondu avec le second foyer du premier réflecteur, l'axe optique du second réflecteur formant un angle avec l'axe optique du premier réflecteur, les premier et deuxième réflecteurs étant orientés par rapport à leurs axes de manière à ce que la surface réfléchissante du deuxième réflecteur soit en vis-à-vis de la surface externe du premier réflecteur, cette surface externe étant la surface opposée à la surface réfléchissante du premier réflecteur. Par exemple, la face réfléchissante du deuxième réflecteur est face au dos du deuxième réflecteur.
Préférentiellement, la ou les sources lumineuses sont des diodes électrolum inescentes.
L'invention consiste également en un procédé d'optimisation d'un module d'éclairage d'un projecteur de véhicule automobile, le module comprenant: un premier réflecteur avec une surface réfléchissante, avec au moins un premier foyer pour une source lumineuse et un second foyer ; un élément dioptrique avec un axe optique, disposé de manière à recevoir les rayons lumineux réfléchis par le premier réflecteur et à transmettre les rayons lumineux l'atteignant en un faisceau lumineux; une lame en matériau transparent, disposée à proximité dudit second foyer. Ce procédé comprend une étape de réalisation de la surface réfléchissante du premier réflecteur. Cette étape de réalisation comprend la correction d'une surface réfléchissante apte à réfléchir les rayons lumineux émis par la source lumineuse partant du premier foyer vers le second foyer, cette correction étant effectuée de manière à ce que des rayons émis par ladite source lumineuse et partant du premier foyer passent approximativement par ledit second foyer après réflexion sur ladite surface réfléchissante et réfraction au passage dans ladite lame. Par exemple la correction de ladite surface réfléchissante peut être réalisée par calcul vectoriel du chemin optique d'un faisceau de rayons inverses qui, selon le principe du retour inverse de la lumière, passent par le second foyer puis la lame, sortent de la lame avec réfraction et sont ensuite réfléchis par une surface imaginaire correspondant à la surface à calculer, la surface à calculer étant obtenue par application du principe de Fermat de retour inverse de la lumière et de stationnarité du chemin optique suivi par la lumière le long d'un trajet.
Selon un mode avantageux de l'invention, la surface réfléchissante du premier réflecteur est obtenue par calcul vectoriel du chemin optique d'un faisceau de rayons inverses réfléchis par une surface imaginaire correspondant à la surface à calculer.
Selon un autre mode avantageux de l'invention, le faisceau de rayons inverses passe par le second foyer puis la lame, sortant de la lame avec réfraction et ensuite réfléchis par une surface imaginaire correspondant à la surface à calculer.
Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le module est un module selon l'invention telle que définie précédemment.
Le premier réflecteur et/ ou le deuxième réflecteur est/sont préférentiellement en forme de demi-coquille.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels :

La figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un module d'éclairage selon l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe du mode de réalisation illustré en figure 1 avec tracé de rayons.
La figure 3 est une vue schématisant le fonctionnement du réflecteur inférieur du module illustré en figure 2.
La figure 4 est une vue agrandie de la lame d'un module d'éclairage selon l'invention.
La figure 5 est une vue d'un module d'éclairage selon l'invention illustrant les points de référence, le référentiel et les vecteurs utilisés pour un exemple de calcul de la surface du réflecteur.
La figure 6 est une première vue illustrant l'impact de la correction du réflecteur.
La figure 7 est une seconde vue illustrant l'impact de la correction du réflecteur.

On comprend dans la description de l'invention les termes « avant », « arrière », « haut », « bas », « supérieur » ou « inférieur » d'après la position du module d'éclairage selon les figures et une fois intégré dans un projecteur et monté sur un véhicule en mode de fonctionnement conventionnel. Il est rappelé que le module pourrait être monté et utilisé dans d'autres positions et/ou orientations sans pour autant s'éloigner de l'invention. Les termes sus mentionnés sont donc à interpréter de manière relative et non absolue.
Il est également à noter que les éléments optiques sont illustrés aux figures de manière simplifiée avec correspondance parfaite des foyers et axes optiques pour des raisons de clarté d'exposé. De telles correspondances ne sont pas à interpréter de manière stricte sachant qu'en pratique, il peut y avoir de légères déviations en raison de la nature imparfaite de certains éléments, de tolérance de montage et/ou afin de corriger certains effets liés à l'imperfection de certains éléments optiques. Il en va de même pour les sources lumineuses qui sont représentées de manière ponctuelle alors qu'il est clair qu'en pratique ces sources lumineuses ne sont pas parfaitement ponctuelles et présentent bien une surface d'émission de lumière qu'il a été choisi ici volontairement de ne pas représenter.
A la figure 1 est illustré de manière schématique et en perspective un module d'éclairage selon l'invention. Il comprend une lentille convergente 4 avec un foyer 24 et un axe optique 2 passant par le foyer. Une lame transparente 6 est disposée généralement perpendiculairement à l'axe optique 2, soit généralement verticalement dans le demi-espace délimité par un plan médian horizontal passant par l'axe optique 2. La lame présente une tranche supérieure 26 généralement plane comprenant l'axe optique 2 et passant au moins approximativement par le plan en question. La tranche supérieure 26 est recouverte d'un revêtement réfléchissant. Ce revêtement est appliqué exclusivement sur la tranche 26, laissant les autres faces de la lame transparentes. La lame est disposée de manière à ce que le bord avant soit au niveau du foyer 24. La tranche 26 présente un ressaut au niveau de sa médiane correspondant à l'axe optique 2. La fonction de ressaut sera explicitée d'avantage plus loin. La lame est en matériau transparent comme du verre ou tout autre matériau transparent, comme par exemple du PMMA (polymétacrylate de méthyle).
Il est à noter que la tranche 26 de la lame peut assurer la fonction de plieuse sans la présence de revêtement réfléchissant, et ce par l'utilisation du principe de réflexion totale sur un dioptre formé par l'interface entre deux milieux d'indice de réfraction différents. Dans ce cas, il conviendra de veiller à ce que les rayons rencontrent le dioptre formé par la tranche avec un angle d'incidence supérieur à l'angle limite de réflexion totale.
Le module comprend également un premier réflecteur 10 dans le demi-espace inférieur. Il est représenté schématiquement par sa surface réfléchissante. Cette surface présente un profil approximatif d'ellipse, symétrique en rotation autour de son axe optique 20. Elle comprend un premier foyer 22 destiné à recevoir une source lumineuse et un second foyer confondu avec le foyer 24 de la lentille 4. L'axe optique 20 du premier réflecteur forme un angle avec l'axe optique 2 qui est compris entre 30° et 60°, préférentiellement compris entre 40° et 50°. La source lumineuse éclaire majoritairement dans un demi-espace délimité par le plan transversal comprenant l'axe optique 20 du réflecteur et est préférentiellement du type à diode électrolum inescente.
Le module comprend également un deuxième réflecteur 8 représenté par sa surface réfléchissante. Elle est composée de deux sous-surfaces réfléchissantes de profil elliptique symétrique en révolution par rapport aux axes optiques 12 et 14 respectifs. Chaque sous-surface réfléchissante comporte un premier foyer 16 ou 18 destiné à recevoir une source lumineuse et un second foyer confondu avec le foyer 24 de la lentille et le second foyer du premier réflecteur. La surface réfléchissante du deuxième réflecteur 8 est constituée de la juxtaposition des deux sous-surfaces dans un demi-espace délimité par un plan passant par les axes optiques respectifs 12 et 14 et l'axe optique 2 de la lentille 4, de manière à former une cavité doublement concave apte à réfléchir les rayons lumineux provenant des premiers foyers 16 et 18 vers le second foyer 24. Les deux axes optiques respectifs 12 et 14 forment un angle aigu entre eux et forment, chacun, un angle égal avec l'axe optique 2 de la lentille et du module.
Le module d'éclairage comprend également une plaque 9 réfléchissante sur ses deux faces et disposée approximativement dans le plan passant par les axes optiques 12 et 14 du deuxième réflecteur et la tranche réfléchissante 26 de la lame 6. Elle est disposée de manière adjacente ou quasi-adjacente au bord arrière de la tranche et s'étend jusqu'à une distance depuis ce bord arrière. Le bord arrière de la plaque 9 arrive approximativement à hauteur de l'intersection de la surface réfléchissante du premier réflecteur 10 avec ledit plan. Plus précisément, le profil du bord arrière de la plaque réfléchissante 9 est en forme de V dont la pointe est alignée avec l'axe optique et de symétrie 2 du module et dirigée vers l'arrière, de manière à ce que la surface réfléchissante de la plaque couvre une majeure partie de la zone délimitée par l'intersection de la surface réfléchissante du premier réflecteur avec le plan. La plaque réfléchissante 9 joue le rôle de plieuse complémentaire et sera explicité plus loin.
Il est à noter que les axes optiques 12 et 14 des sous-surfaces réfléchissantes du deuxième réflecteur 8 ne doivent pas nécessairement être compris dans le plan médian horizontal. En effet, ils peuvent former un certain angle avec ce plan.
Une vue en coupe et de principe optique du dispositif de la figure 1 est illustrée à la figure 2. Pour des raisons de simplicité d'exposé, il a été choisi d'assimiler le deuxième réflecteur à une surface réfléchissante unique avec un seul premier foyer et une seule source lumineuse. Cette simplification ne modifie en rien le principe de fonctionnement du deuxième réflecteur comprenant deux sous-surfaces réfléchissantes et deux sources lumineuses.
Le deuxième réflecteur 8 génère avec sa ou ses sources lumineuses 16 et 18 un faisceau à coupure assurant par exemple une fonction d'éclairage de type « code ». En effet, la majorité des rayons émis par la source lumineuse sont réfléchis par la surface réfléchissante du deuxième réflecteur 8 vers le second foyer 24 et sont transmis par la lentille en un faisceau de rayons essentiellement parallèles. Un tel rayon est illustré par un trait plein depuis la source lumineuse 16, 18 jusqu'à la lentille en passant par la surface réfléchissante et le second foyer 24. Certains rayons, notamment ceux émis depuis une zone latérale avant de la source lumineuse, rencontrent la plieuse 26 à l'arrière du foyer 24. Ils sont réfléchis ou « repliés » vers une partie haute de la lentille avec un angle d'incidence tel qu'ils sortent de la lentille inclinés légèrement vers le bas. Un tel rayon est illustré par un trait interrompu à la partie supérieure de la figure. La plieuse joue donc le rôle d'un cache dans un système de projection classique et la projection de son bord forme la coupure horizontale du faisceau projeté, cette coupure étant utile notamment pour une fonction d'éclairage du type « code ». Il est à noter que comme mentionné précédemment, la plieuse comporte un ressaut au niveau du bord avant dit bord de coupure de manière à ce que la coupure soit plus haute d'un côté que de l'autre du plan médian vertical afin de projeter un faisceau du type « code » en conformité avec la législation.
La plupart des rayons émis par la source lumineuse 22 du premier réflecteur 10 sont réfléchis par la surface réfléchissante du réflecteur, traversent la lame 6, passent par le foyer 24, sont projetés par la partie haute de la lentille 4 et viennent s'ajouter au faisceau provenant du réflecteur supérieur afin d'assurer la fonction « route ». Un tel rayon est illustré par un train interrompu à la partie inférieure de la figure.
La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 où parmi les deux réflecteurs, seul le réflecteur inférieur, à savoir le premier réflecteur, est illustré. Cette vue est agrandie et illustre certaines particularités optiques du module selon l'invention. Un premier rayon en train interrompu et correspondant à celui de la figure 2 est illustré. Il est émis par la source lumineuse 22, est réfléchi par la surface réfléchissante, pénètre la lame transparente 6 et subit une première réfraction, traverse la lame, passe par le foyer 24, sort de la lame et subit une seconde réfraction avant de rencontrer la lentille dans sa moitié supérieure. Un deuxième rayon est illustré en trait plein. Il est émis par une zone décentrée de la source lumineuse 22 et est réfléchi vers une zone de la plieuse située légèrement en arrière du second foyer 24. Similairement au premier rayon, il pénètre la lame, subit une première réfraction, traverse la lame jusqu'à rencontrer la plieuse 26, est réfléchi vers le bas, traverse le reste de l'épaisseur de la lame, sort de la lame, subit une second réfraction vers le bas et rencontre la lentille dans sa moitié inférieure. Ce rayon sera ensuite transmis et dévié par la lentille vers la partie haute du faisceau d'éclairage. Une vue agrandie du haut de la lame illustre bien les phénomènes de réfraction et de réflexion de ces deux rayons types.
La tranche supérieure de la lame formant la plieuse est idéalement inclinée depuis le bord de coupure vers le bas du module afin de concentrer d'avantage les rayons réfléchis par la plieuse. La figure 4 est une vue agrandie du haut de la lame. La tranche supérieure 26 comprise dans le plan médian horizontal est illustrée en trait plein. La tranche supérieure inclinée 36 est illustrée en trait interrompu. Elle présente un angle de dépouille 13 par rapport au plan médian horizontal. Cet angle correspond à une dépouille de hauteur d au niveau de la face arrière de la lame. Un rayon 28 provenant du premier réflecteur 10 et pénétrant la lame est illustré. Il est réfracté et subit une première déviation 30. Il est ensuite réfléchi par la plieuse non inclinée en un rayon 32 traversant le reste de l'épaisseur de la lame pour ensuite en sortir en subissant une seconde réfraction 34. Le point d'émergence du rayon est à une distance e du bord de coupure. Ce rayon sort de la lame selon un angle a avec la normale à la face avant de la lame. Le même rayon incident de la lame sera réfléchi par la plieuse inclinée 36 en un rayon 38 moins incliné que le rayon correspondant 32. Ce rayon 38 va alors sortir de la lame en un point d'émergence à un distance e' du bord de coupure, cette distance e' étant inférieure à la distance e. Le rayon sortant 40 subit une second réfraction et forme un angle α' avec la normale à la face avant de la lame qui est inférieur à la valeur α du même rayon incident réfléchi par la plieuse inclinée 36. En raison de ces deux effets, le rayon sortant 40 va rencontrer la lentille à avec un angle incident plus faible et en un point plus proche de l'axe optique. Le faisceau projeté provenant de tels rayons sera par conséquent plus proche de l'horizontale et assurera un éclairage de photométrie supérieure en raison de pertes plus faibles par réflexions vitreuses, notamment sur la face avant de la lame et sur les faces de la lentille.
Il est à noter que le matériau de la lame sera préférentiellement du verre par opposition aux matériaux plastiques pour des raisons de tenue en température. En effet, la présence de la lentille a pour effet que les rayons solaires extérieurs peuvent se concentrer via la lentille au foyer 24 et surchauffer le matériau de la lame. La tranche de la lame opposée à la tranche servant de plieuse peut également être similairement incliné, et ce de manière symétrique de manière à réduire la hauteur de la face arrière d'une valeur donnée. Bien que cette tranche de la lame ne joue aucun rôle du point de vue de l'optique, une telle inclinaison ou angle de dépouille permet de simplifier la mise à forme de la lame en simplifiant le démoulage selon une direction perpendiculaire aux faces avant et arrière. Les faces optiques peuvent ensuite être surfacée afin d'en garantir la planéité et les qualités optiques.
La surface réfléchissante du premier réflecteur est corrigée afin de compenser la première réfraction à laquelle les rayons sont soumis lors de leur entrée dans la lame. Le calcul de correction de la surface va être décrit ci-après en relation avec la figure 5.
Le calcul se base sur l'application du principe de Huygens et le principe de Fermat relatif au chemin optique.
En effet, selon le principe de Huygens, la lumière se propage de proche en proche, l'ensemble des points d'égale perturbation lumineuse étant appelée surface d'onde. Chacun des points de cette surface atteint par la lumière se comporte comme une source secondaire qui émet des ondelettes sphériques dans un milieu isotrope. La surface enveloppe de ces ondelettes forme une nouvelle surface d'onde.
La lumière se propage plus difficilement ou plus lentement dans les milieux autres que le vide. L'indice n du milieu est défini par
n = c/v
où c et v sont la vitesse de la lumière dans le vide et dans le milieu, respectivement.
Le chemin optique est le chemin parcouru par la lumière parcouru dans le vide durant la durée de propagation dans le milieu: $L (AB) = \int_{t_{A}}^{t_{B}} cdt = \int_{A}^{B} nds = c (t_{B} - t_{A}) = n \cdot AB$
où s désigne l'abscisse curviligne le long du chemin parcouru dans le milieu entre les points A et B, et AB la longueur du chemin parcouru entre A et B. Le principe de Fermat s'énonce : entre deux points A et B, atteints par la lumière, le chemin optique suivi le long du trajet est stationnaire. Il résulte notamment: $L (AB) = \int_{A}^{B} {nds} = \int_{B}^{A} n (- ds) = \int_{B}^{A} nds ʹ$
en considérant que ds'=-ds est l'élément de coordonnée curviligne de B vers A, on peut alors écrire que $L (AB) = L (BA)$
C'est le principe de retour inverse de la lumière : le trajet suivi par la lumière pour aller d'un point un autre ne dépend pas du sens de propagation de la lumière.
Le chemin optique inverse depuis un point d'émergence O correspondant au foyer 24 jusqu'à la source lumineuse F se calcule comme suit :

Un référentiel x-y-z centré en O est illustré à la figure. Un vecteur
de longueur égale à 1, originaire du point O et orienté selon le chemin inverse de la lumière dans la lame depuis le point O où ϕ est le complément de l'angle avec l'axe z et θ le complément de l'ange avec l'axe y et s'écrit : $\vec{r} = (\begin{matrix} - cos φ \cdot cos θ \\ cos φ \cdot \sin θ \\ \sin φ \end{matrix})$

La première section de chemin optique OP s'écrit : $O + λ \vec{r} = OP$
$λ \sin φ = ε$

où ε est l'épaisseur de la lame.
Il s'ensuit : $O = P + \frac{ε}{\sin φ} \vec{r}$
Or, en l'application de la loi de Snell-Descartes seul l'angle ϕ change au passage du dioptre, si bien que $n \cdot \vec{r} - \vec{i} \propto \vec{z},$
où
est le vecteur normé originaire du point P orienté selon le rayon inverse vers le réflecteur, il s'ensuit que i_x = n_rx et i_y = nr_y Etant donné que le module de
est égal à 1, il s'ensuit que $n^{2} (r_{x}^{2} + r_{y}^{2}) + i_{z}^{2} = 1$
et $i_{z} = \sqrt{1 - n^{2} {(\cos φ)}^{2}}$
d'où on peut calculer
. Le point M est un point de la surface réfléchissante à calculer, d'où $P + μ \vec{ι} = M$
$PM + μ + n λ = K$
où K, qui est le chemin optique de O à F est une constante en application du principe de Fermat. Il s'ensuit ${(\vec{FP} + μ \vec{ι})}^{2} = {(K - n λ - μ)}^{2}$
$\to {FP}^{2} + μ^{2} + 2 μ \vec{FP} \cdot \vec{ι} = {(K - n λ)}^{2} + μ^{2} - 2 (K - n λ) μ$
$\to 2 μ (\vec{FP} \cdot \vec{ι} + K - n λ) = {(K - n λ)}^{2} - {FP}^{2}$
Le vecteur
est connu étant donné que les points F et P sont connus, le vecteur
a été calculé sur base du calcul sus mentionné et λ est connu, il suffit alors de poser une constante K qui convient pour alors calculer la valeur de p et en déduire un point de la surface pour un vecteur
donné. On peut ensuite itérer sur base d'un faisceau de rayons inverses et en déduire les coordonnées de la surface réfléchissante. L'homme de métier n'aura aucune difficulté à mettre en oeuvre un pareil calcul notamment par des méthodes de calcul numérique itératives.
En d'autres termes plus physiques, le réflecteur est corrigé de manière à transformer une surface d'onde sphérique issue d'un point source F à la surface de l'émetteur en une surface d'onde sphérique dans la matière de la lame, ayant pour centre le deuxième foyer 24, ce deuxième foyer étant situé dans la matière de la lame au voisinage de sa face de sortie avant et de sa face supérieure (tranche).
La correction de surface réfléchissante elliptique est applicable à diverses configurations, notamment la configuration du réflecteur 10 de la présente invention, ainsi qu'à une configuration classique telle qu'illustrée en trait interrompu 42 à la figure 5.
Il à noter que la correction ne doit pas nécessairement être faite sur toute la surface réfléchissante mais bien essentiellement sur la zone réfléchissant les rayons qui vont former la partie centrale du faisceau.
La figure 6 illustre une configuration de réflecteur elliptique dans un demi-espace et dont la surface est généralement orientée vers l'axe optique du module, montrant notamment l'effet de la correction de surface réfléchissante. Plus précisément, elle illustre une configuration de module d'éclairage avec deux réflecteurs elliptiques 8 et 42 dans des demi-espaces opposés et dont les surfaces réfléchissantes sont toutes deux généralement dirigées vers l'axe optique 2 du module. Les axes optiques des réflecteurs sont légèrement inclinés afin de ménager un espace pour le refroidissement des sources lumineuses 16, 18 et 44. Un premier rayon provenant de la source lumineuse 44 et réfléchi en un point A est illustré en trait plein. Le trait interrompu associé au trait plein illustre le chemin optique que suivrait le rayon si la surface réfléchissante n'était pas corrigée en fonction de la lame transparente 6 ; à savoir ce rayon serait réfracté à son entrée dans la lame et serait dévié du second foyer 24. Un deuxième rayon provenant de la source lumineuse 44 et réfléchi en un point B plus proche de l'axe optique de la surface réfléchissante est illustré en trait plein. Ce rayon rasant et dirigé vers le foyer 24 va rencontrer l'espace dédié au refroidissement et s'y perdre au lieu de pénétrer la lame. Dans cette configuration, certains des rayons rasants vont se perdre dans le radiateur de refroidissement des sources lumineuses. Cette situation est d'autant plus vraie que la surface du réflecteur est corrigée. En effet, cette correction a pour effet de réfléchir les rayons issus de la source lumineuse de manière à présenter une déviation par rapport au second foyer, cette déviation étant de sorte à ce que les rayons soient orientés vers un point situé à l'arrière du second foyer, ce qui intensifie le problème de perte de rayons dans l'espace nécessaire au refroidissement des sources lumineuses.
La figure 7 illustre l'effet de la correction de surface réfléchissante pour une configuration de réflecteur elliptique dans un demi-espace et dont la surface est généralement opposée à l'axe optique du module. Un premier rayon issu de la source lumineuse 22 et réfléchi en un point A de la surface réfléchissante corrigée est illustré en trait plein. En l'absence de correction de la surface, ce rayon pointerait vers le second foyer 24 mais serait dévié lors de son entrée dans la lame et passerait en dessous du foyer. Ce trait est illustré en trait interrompu. Le fait d'avoir « retourné » le réflecteur d'environ 180° sur son axe optique a permis d'une part de réduire au minimum, voire d'éliminer l'épaisseur du volume mort adjacent au bord arrière de la plieuse, et d'autre part d'incliner les rayons réfléchis par le réflecteur de manière à ce que la majeure partie d'entre eux ne se perdent pas dans des éléments de construction du module. La correction de la surface réfléchissante est d'autant plus intéressante dans cette configuration que l'angle moyen d'incidence sur la face arrière de lame est important. Un deuxième rayon issu de la source lumineuse et réfléchi par un point B plus éloigné de l'axe optique du réflecteur est également illustré. Ce rayon va rencontrer la plieuse complémentaire 9 de manière à être renvoyé vers la lame et participer à la production de lumière ambiante du faisceau. Il est à noter que la source lumineuse privilégiée est du type à diode électroluminescence. Une telle source éclaire dans un demi-espace mais concentre une majeure partie de la puissance d'éclairage dans un cône centré sur son axe principal d'éclairage (c'est-à-dire une perpendiculaire à l'axe optique du réflecteur), si bien que la configuration de la figure 7 va permettre aux rayons formant la majeure partie de la puissance d'éclairage de travailler de manière optimale.
Il est à noter que le fait de prévoir un angle de dépouille à la tranche de la lame formant la plieuse et tel que décrit précédemment en relation avec la figure 4 a particulièrement de sens avec la disposition « retournée » du réflecteur car les rayons y rencontrent la lame transparente avec un angle d'incidence plus important.

Claims

Module d'éclairage pour un projecteur de véhicule automobile, comprenant :
un premier réflecteur (10) avec une surface réfléchissante, avec au moins un premier foyer (22) pour une source lumineuse et un second foyer (24);

un élément dioptrique (4) avec un axe optique (2), disposé de manière à recevoir les rayons lumineux réfléchis par le premier réflecteur et à transmettre les rayons lumineux l'atteignant en un faisceau lumineux ;

une lame en matériau transparent (6), disposée entre ledit premier réflecteur (10) et ledit élément dioptrique (4) ;
caractérisé en ce que
ladite surface réfléchissante est formée de manière à ce que des rayons émis par ladite source lumineuse et partant du premier foyer (22) passent approximativement par ledit second foyer (24) après réflexion sur ladite surface réfléchissante et réfraction au passage dans ladite lame (6).
Module d'éclairage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surface réfléchissante corrigée est telle qu'elle transforme une surface d'onde sphérique dans l'air issue d'un point donné de la source lumineuse en une surface d'onde sphérique dans le matériau de la lame centrée approximativement au second foyer.
Module d'éclairage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce la surface réfléchissante corrigée correspond à une surface calculée sur base du principe de Fermat de retour inverse de la lumière et de stationnarité du chemin optique suivi par la lumière le long d'un trajet, en partant d'un faisceau de rayons inverses passant par le second foyer.
Module d'éclairage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surface calculée est obtenue par calcul vectoriel du chemin optique du faisceau de rayons inverses réfléchis par une surface imaginaire correspondant à la surface à calculer, qui est déterminée en imposant la constance du chemin optique le long des trajets calculés.
Module d'éclairage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lame (6) est disposée de manière à présenter une tranche (26) généralement plane et généralement alignée avec l'axe optique (2) de l'élément dioptrique (4), ladite tranche (26) étant apte à réfléchir une partie des rayons réfléchis par ladite surface réfléchissante vers une partie de l'élément dioptrique (4).
Module d'éclairage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bord de la tranche (26) de la lame (6) du côté de l'élément dioptrique (4) est approximativement au niveau dudit second foyer (24).
Module d'éclairage selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'axe optique (22) du premier réflecteur (10) forme un angle avec l'axe optique (2) de l'élément dioptrique (4), préférentiellement un angle de plus de 10°, plus préférentiellement un angle de plus de 20°, plus préférentiellement encore un angle de plus de 30°.
Module d'éclairage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier réflecteur (10) est disposé de manière à ce que la surface réfléchissante s'éloigne de l'axe optique (2) de l'élément dioptrique (4) lorsque ladite surface réfléchissante se rapproche de son premier foyer.
Module d'éclairage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième réflecteur (8) avec une surface réfléchissante, au moins un premier foyer (16, 18) pour une source lumineuse, un second foyer (24), ladite surface réfléchissante étant apte à réfléchir les rayons lumineux émis par ladite source lumineuse partant dudit premier foyer (16, 18) vers ledit second foyer (24), ledit second foyer étant approximativement confondu avec le second foyer (24) du premier réflecteur (10), l'axe optique (12, 14) du second réflecteur (8) formant un angle avec l'axe optique (20) du premier réflecteur (10), les premier et deuxième réflecteurs (10, 8) étant orientés par rapport à leurs axes optiques respectifs (20 ; 12, 14) de manière à ce que la surface réfléchissante du deuxième réflecteur soit en vis-à-vis de la surface externe du premier réflecteur, cette surface externe étant la surface opposée à la surface réfléchissante du premier réflecteur.
Module d'éclairage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la ou les sources lumineuses sont des diodes électroluminescentes.
Procédé d'optimisation d'un module d'éclairage d'un projecteur de véhicule automobile, le module comprenant :
un premier réflecteur (10) avec une surface réfléchissante, avec au moins un premier foyer (22) pour une source lumineuse et un second foyer (24), ;

un élément dioptrique (4) avec un axe optique (2), disposé de manière à recevoir les rayons lumineux réfléchis par le premier réflecteur et à transmettre les rayons lumineux l'atteignant en un faisceau lumineux ;

une lame (6) en matériau transparent, disposée à proximité dudit second foyer (24) ;
caractérisé en ce que le procédé comprend
une étape de réalisation de la surface réfléchissante du premier réflecteur, ladite étape de réalisation comprenant la correction d'une surface réfléchissante apte à réfléchir les rayons lumineux émis par ladite source lumineuse partant dudit premier foyer (22) vers ledit second foyer (24), cette correction étant effectuée de manière à ce que des rayons émis par ladite source lumineuse et partant du premier foyer (22) passent approximativement par ledit second foyer (24) après réflexion sur ladite surface réfléchissante et réfraction au passage dans ladite lame (6)..
Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la surface réfléchissante du premier réflecteur (10) est obtenue par calcul vectoriel du chemin optique d'un faisceau de rayons inverses réfléchis par une surface imaginaire correspondant à la surface à calculer.
Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le faisceau de rayons inverses passe par le second foyer (24) puis la lame (6), sortant de la lame (6) avec réfraction et ensuite réfléchis par une surface imaginaire correspondant à la surface à calculer.
Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que le module est un module selon l'une des revendications 1 à 10.