EP2489925B1

EP2489925B1 - Unité optique pour dispositif de signalisation et/ou d'éclairage

Info

Publication number: EP2489925B1
Application number: EP12155491.9A
Authority: EP
Inventors: Pierre Albou
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2021-10-20
Anticipated expiration: 2032-02-15
Also published as: EP2489925A1; FR2971464B1; FR2971464A1

Description

L'invention concerne notamment une unité optique, notamment pour dispositif de signalisation et/ou d'éclairage pour véhicule automobile. Une telle unité optique est par exemple connue du document DE 20 2005 004080 U1 .
On connaît par la demande de brevet EP 1 762 776 un module de projecteur lumineux, utilisant une lentille, capable de produire un faisceau à coupure du type faisceau autoroute. Un inconvénient de ce module est lié à la forme légèrement en « banane » de ce faisceau autoroute, ce faisceau présentant des extrémités excessivement basses qui sont inefficaces d'un point de vue photométrique.
La présente invention vise notamment à éviter ce type d'inconvénient.
L'invention a ainsi pour objet une unité optique comprenant les caractéristiques de la revendication 1.
Par « source isotrope », on entend une source dont l'intensité est indépendante de l'angle d'observation, à l'intérieur de l'angle solide contenant tous ses rayons.
Une source lambertienne a, quant à elle, une luminance indépendante du point considéré à la surface de l'émetteur et de l'angle d'observation à l'intérieur de l'angle solide contenant tous rayons.
Le foyer image de la lentille à face ondulée est de préférence à l'infini.
L'invention permet, grâce à la face ondulée appropriée de la lentille, d'obtenir un faisceau, notamment un faisceau complémentaire autoroute, relativement mince et étalé, qui ne soit pas en forme de « banane » et qui, en recouvrement avec un faisceau code, donne une homogénéité lumineuse satisfaisante.
De préférence, la lentille présente une surface géométrique de base, surface qui est fictive, correspondant notamment à une face de sortie d'une lentille rigoureusement stigmatique.
Avantageusement la face ondulée de la lentille comporte des ondulations de pente variable, cette pente étant mesurée par rapport à la surface géométrique de base, cette pente étant de préférence d'autant plus grande que l'ondulation est éloignée d'un centre de la lentille, de manière à produire une seule zone d'éclairement maximal dans le faisceau complémentaire, et pas de zones de maxima secondaires.
L'invention permet ainsi d'éviter l'apparition, dans le faisceau complémentaire, de tâches lumineuses distinctes (susceptibles d'occasionner des gênes pour le conducteur du véhicule). Ceci permet de rendre ce faisceau complémentaire relativement homogène.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'unité optique présente un axe optique, et chaque ondulation est formée sur une strie, cette strie s'étendant de préférence de manière sensiblement rectiligne lorsque la lentille est observée suivant l'axe optique.
Avantageusement les ondulations sont sensiblement parallèles entre elles.
Le cas échéant, l'amplitude des ondulations est croissante au fur et à mesure que l'ondulation considérée est éloignée du centre de la lentille.
Cette amplitude est de préférence mesurée par rapport à la surface géométrique de base (qui est fictive) de la lentille.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la lentille est agencée pour donner, d'un point lumineux ponctuel situé à son foyer objet, une ligne lumineuse sensiblement horizontale lorsque les ondulations de la lentille sont placées de manière sensiblement verticale.
Si on le souhaite, la lentille est réalisée d'un seul tenant.
Le cas échéant, la face ondulée de la lentille est agencée comme face de sortie de la lumière.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la source de lumière comporte une LED (diode électroluminescente) à émetteur lumineux plan, le plan de cet émetteur s'étendant avantageusement de manière inclinée par rapport à l'axe optique. De préférence, le plan de l'émetteur n'est ni perpendiculaire ni parallèle à l'axe optique.
Avantageusement le foyer objet de la lentille est placé sensiblement au centre d'un bord inférieur de l'émetteur de la source de lumière.
Le cas échéant, la lentille présente un pourtour sensiblement circulaire, ou rectangulaire ou trapézoïdal, lorsqu'elle est observée suivant l'axe optique.
L'unité optique présente un haut et un bas lorsqu'elle est en place sur le véhicule.
Cette unité peut comporter en outre un réflecteur placé dans l'unité, afin d'intercepter au moins une partie des rayons lumineux provenant de la source de lumière de manière à créer une image étalée vers le haut et défocalisée, image qui, projetée et étalée par la lentille, vient compléter le faisceau complémentaire vers le bas.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'unité optique présente un axe transversal à l'axe optique et s'étendant sensiblement horizontalement lorsque l'unité est montée sur le véhicule, et le réflecteur présente une forme sensiblement en secteur de cylindre d'axe transversal.
Avantageusement le réflecteur comporte un bord avant situé entre la lentille et la source de lumière.
L'invention a également pour objet un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation, notamment de véhicule automobile, comportant :

une unité optique principale capable de produire un faisceau de lumière principal, notamment un faisceau de croisement,
une unité optique telle que définie ci-dessus, capable de produire un faisceau complémentaire présentant une coupure sensiblement plate, les faisceaux principal et complémentaire formant un faisceau global, ce faisceau global étant notamment un faisceau autoroute de portée de préférence supérieure ou égale à 100 mètres.

Par exemple, le faisceau autoroute présente une coupure horizontale située entre un plan horizontal et un plan incliné de 0.57° vers le bas, à gauche ou à droite de l'axe optique, suivant le type de trafic (trafic à droite ou à gauche respectivement). Cette ligne de coupure est de préférence située dans un plan incliné de 0.29° vers le bas. Ce faisceau autoroute peut réglementairement présenter notamment une intensité maximum plus élevée de 80% qu'un code classique utilisant une source de même nature.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif est agencé de manière à ce que le faisceau complémentaire soit allumé seulement lorsque le véhicule roule à une vitesse supérieure à un seuil prédéterminé (non nul), ce seuil étant par exemple sensiblement égal à 110 km/h.
Dans le cas où le véhicule dispose d'un système de navigation permettant de connaître le type de route sur lequel il circule, le dispositif selon l'invention peut être inconditionnellement activé sur autoroute.
L'invention a encore pour objet un procédé pour produire un faisceau lumineux, notamment un faisceau autoroute, pour véhicule automobile, notamment à l'aide d'une unité optique telle définie ci-dessus, ce procédé comportant l'étape suivante :

générer un faisceau complémentaire à coupure sensiblement plate et ayant une unique zone d'éclairement maximal.

L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en œuvre non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :

la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, différents éléments d'une unité optique conforme à un exemple de mise en œuvre de l'invention,
la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, le profil géométrique en coupe de la lentille de l'unité de la figure 1,
les figures 3 et 4 illustrent la variation de grandeurs caractéristiques du profil de la lentille de l'unité de la figure 1,
la figure 5 représente, schématiquement et partiellement, intercepté par un écran perpendiculaire à l'axe optique, un faisceau obtenu grâce à la lentille de l'unité de la figure 1, sans la présence du réflecteur,
les figures 6 et 7 représentent, schématiquement et partiellement, en coupe, l'émetteur et le réflecteur de l'unité optique de la figure 1, et
la figure 8 représente, schématiquement et partiellement, intercepté par un écran perpendiculaire à l'axe optique, un faisceau obtenu grâce à la lentille de l'unité de la figure 1, avec la présence du réflecteur.

On a représenté sur la figure 1 une unité optique 1 pour un dispositif D d'éclairage de véhicule automobile, agencée pour produire un faisceau de lumière complémentaire FC destiné à être utilisé avec un faisceau de lumière principal produit par une autre unité optique 30, ce faisceau complémentaire FC présentant une coupure C sensiblement plate (voir coupure C sur les figures 5 et 8).
L'unité optique 30 peut éventuellement être à LED.
Le faisceau complémentaire FC peut être un faisceau complémentaire autoroute, relativement mince et étalé, qui ne soit pas en forme de « banane », et le faisceau principal peut être un faisceau code.
Dans une variante non illustrée, il est possible d'agencer le dispositif pour lui permettre de produire un faisceau de mauvais temps, par exemple de classe W.
Cette unité 1 comporte :

une source de lumière 2 à émission lumineuse sensiblement isotrope ou lambertienne, formée dans l'exemple décrit par une LED,
une lentille 3 présentant un foyer objet F et un foyer image, ce foyer image étant à l'infini, cette lentille 3 étant associée à la source de lumière 2 pour produire le faisceau complémentaire FC, cette lentille comportant une face ondulée 4, de forme différente d'une face de lentille stigmatique pure, agencée pour obtenir le faisceau complémentaire FC.

Comme on le voit sur les figures 5 et 8, la coupure C est formée par des bords latéraux BL qui sont redressés, à savoir sensiblement parallèles à une ligne horizontale, et non tombants par rapport à cette ligne horizontale.
La lentille 3 présente une surface géométrique de base SB, surface qui est fictive, correspondant notamment à une face de sortie d'une lentille rigoureusement stigmatique (voir figure 2).
La face ondulée 4 de la lentille 3 comporte des ondulations 5 de pente variable, cette pente étant mesurée par rapport à la surface géométrique de base SB, cette pente étant d'autant plus grande que l'ondulation 5 est éloignée d'un centre CO de la lentille, de manière à produire une seule zone d'éclairement maximal ZMax dans le faisceau complémentaire FC (voir figures 5 et 8).
L'invention permet ainsi d'éviter l'apparition, dans le faisceau complémentaire FC, de plusieurs maxima locaux d'éclairement et donc de tâches lumineuses distinctes (susceptibles d'occasionner des gênes pour le conducteur du véhicule). L'invention permet ainsi de rendre ce faisceau complémentaire FC relativement homogène.
Dans l'exemple considéré, l'unité optique présente un axe optique Ox (voir figure 6), et chaque ondulation 5 est formée sur une strie 7 de la lentille 3, chaque strie 7 s'étendant de manière sensiblement rectiligne lorsque la lentille 3 est observée suivant l'axe optique Ox.
Les ondulations 5 sont sensiblement parallèles entre elles.
L'amplitude des ondulations 5 est croissante au fur et à mesure que l'ondulation considérée est éloignée du centre CO de la lentille 3.
Cette amplitude est de préférence mesurée par rapport à la surface géométrique de base SB (qui est fictive) de la lentille 3.
La lentille 3 est agencée pour donner, d'un point lumineux ponctuel situé à son foyer objet F, une ligne lumineuse sensiblement horizontale lorsque les ondulations de la lentille sont placées de manière sensiblement verticale.
La face ondulée 4 de la lentille 3 est agencée, dans l'unité 1, comme face de sortie de la lumière.
L'autre face 9 de la lentille 3, opposée à la face 4, est par exemple plane. Ceci permet notamment de réduire sensiblement les aberrations.
La lentille 3 (dont la surface géométrique fictive de base SB définit une lentille stigmatique) reçoit sur sa face de sortie 4 les modulations 5, lesquelles ne dépendent que de la coordonnée latérale et varient de telle sorte que les quantités de flux lumineux déviées vers la gauche et la droite soient équilibrées (afin d'éviter que les demies lentilles gauche et droite aient des maxima d'intensité lumineuse décalés par rapport à H = 0, ce qui donnerait un faisceau total inhomogène avec deux maxima d'intensité, de part et d'autre de H = 0).
H est l'angle d'une direction d'observation du faisceau avec un plan vertical contenant l'axe optique.
Soit M[X,Y,Z]=F(u,v) une équation paramétrique de la surface de sortie 4 de la lentille stigmatique de base (équation pouvant être établie par l'homme de l'art pour un tirage, une face d'entrée et un matériau donnés ; dans l'exemple qui suit le tirage est de 70 mm, la face d'entrée est plane et le matériau est du PMMA).
On considère : axe des x = axe optique, axe des z = verticale.
L'équation de la face de sortie 4 de la lentille 3 de l'invention est de la forme $m [x, y, z] = F (u, v) + f (u, v)$
où f(u,v)=[δ x(Y(u,v)),0,0] est une fonction pseudo périodique de Y et où, pour tout Y1 tel que $\frac{\partial^{2} δ x}{\partial Y^{2}} (Y_{1}) = 0$
et $\frac{\partial δ x}{\partial Y} (Y_{1}) > 0$
et pour tout Y2 tel que $\frac{\partial^{2} δ x}{\partial Y^{2}} (Y_{2}) = 0 et \frac{∂δ x}{\partial Y} (Y_{2}) < 0, |Y_{1}| < |Y_{2}| \Rightarrow \frac{∂δ x}{\partial Y} (Y_{1}) < - \frac{∂δ x}{\partial Y} (Y_{2})$
La fonction de modulation δ x est alors telle que les déviations soient plus grandes du côté correspondant aux zones de la lentille 3 les plus éloignées de l'axe (et recevant alors moins de flux).
La fonction simple suivante (représentée graphiquement sur la figure 3) répond aux conditions (et est utilisée dans l'exemple de réalisation) : $δ x = δ \cdot \sin (2 π \frac{Y}{L}) \cdot {|\frac{Y}{R}|}^{p}$
où L est une largeur de strie, R le rayon de la lentille, δ une amplitude de modulation et p un réel positif (L = 6, R = 30, δ = 0,25, p = 0,9 dans l'exemple de réalisation). $\frac{\partial δ x}{\partial Y}$
(Y) est représenté graphiquement sur la figure 4.
Il convient de noter qu'une modulation sinusoïdale simple ne conviendrait pas car la condition (*) ci-dessus ne serait pas respectée (on obtiendrait alors deux maxima locaux de part et d'autre du plan H=0).
La LED 2 est à émetteur 10 lumineux plan, le plan de cet émetteur 10 s'étendant de manière inclinée par rapport à l'axe optique Ox, comme on peut le voir sur la figure 6. De préférence, le plan de l'émetteur 10 n'est ni perpendiculaire ni parallèle à l'axe optique.
Le foyer objet F de la lentille 3 est placé sensiblement au centre d'un bord inférieur 11 de l'émetteur 10 de la source de lumière 2.
Dans l'exemple décrit, la lentille 3 présente un pourtour 12 sensiblement circulaire.
L'unité optique présente un haut et un bas lorsqu'elle est en place sur le véhicule.
Cette unité 1 comporte en outre, pour notamment améliorer la fusion des faisceaux principal et complémentaire, un réflecteur 15 placé dans l'unité 1, afin d'intercepter au moins une partie des rayons lumineux provenant de l'émetteur 10 de la source de lumière 2 de manière à créer une image étalée vers le haut et défocalisée vers l'arrière, image qui, projetée et étalée par la lentille, vient compléter le faisceau complémentaire vers le bas (voir figure 8).
Le bord arrière 21 du réflecteur 15 définit avec le bord supérieur de l'émetteur 10 une distance d non nulle, qui dans l'exemple décrit, dépend de l'encapsulation de la LED. Cette distance d est caractéristique de la zone de l'émetteur 10 qui est cachée vis-à-vis du réflecteur 15.
Dans l'exemple décrit, l'unité optique 1 présente un axe Oy transversal à l'axe optique Ox et s'étendant sensiblement horizontalement lorsque l'unité 1 est montée sur le véhicule.
Le réflecteur 15 présente une forme sensiblement en secteur de cylindre d'axe transversal Oy.
Le réflecteur 15 comporte un bord avant 22 situé entre la lentille 3 et la source de lumière 2.
Dans l'exemple considéré, le réflecteur 15 est placé de manière à ne pas cacher le bas de l'émetteur 10, qui doit être vu depuis toute la face d'entrée 9 de la lentille 3 (afin de ne pas diminuer l'intensité sous la coupure) et de manière à recouvrir une fraction du haut de l'émetteur 10 (vu depuis la face d'entrée 9 de la lentille) pour permettre une bonne fusion du faisceau qu'il crée et du faisceau principal (en lumière directe).
Ce réflecteur 15 peut ainsi prendre la forme d'un cylindre d'axe transverse Oy, plus long que l'émetteur. La section droite du cylindre peut être une parabole ou une courbe spline par exemple de degré 3 qui l'approche (et permet, par le réglage des tensions à ses extrémités, d'ajuster la forme du faisceau).
Pour la section droite du réflecteur 15, il est possible de prendre un arc parabolique de même foyer que la lentille 3, passant par P et arrêté sur, ou un peu avant, la ligne limite ou une spline (voir figure 7).
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif est agencé de manière à ce que le faisceau complémentaire soit allumé seulement lorsque le véhicule roule à une vitesse supérieure à un seuil prédéterminé (non nul), ce seuil étant par exemple sensiblement égal à 110 km/h.

Claims

Unité optique, notamment pour dispositif de signalisation et/ou d'éclairage de véhicule automobile, agencée pour produire un faisceau de lumière complémentaire (FC) destiné à être utilisé avec un faisceau de lumière principal, ce faisceau complémentaire présentant une coupure (C) sensiblement plate, caractérisée par le fait que cette unité comporte :
- au moins une source de lumière (2) à émission lumineuse sensiblement isotrope ou lambertienne, notamment une LED,

- au moins une lentille (3) associée à cette source de lumière pour participer à la production du faisceau complémentaire, cette lentille comportant une face ondulée agencée pour obtenir le faisceau complémentaire dont la coupure (C) est formée par des bords latéraux (BL) qui sont redressés, à savoir sensiblement parallèles à une ligne horizontale, et non tombants par rapport à cette ligne horizontale.
Unité selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que la lentille présente une surface géométrique de base (SB) correspondant notamment à une face de sortie d'une lentille rigoureusement stigmatique, et caractérisée par le fait que la face ondulée (4) de la lentille comporte des ondulations (5) de pente variable, cette pente étant mesurée par rapport à la surface géométrique de base, cette pente étant de préférence d'autant plus grande que l'ondulation est éloignée d'un centre de la lentille, pour produire une seule zone d'éclairement maximal (ZMax) dans le faisceau complémentaire.
Unité selon la revendication précédente, l'unité présentant un axe optique (Ox), caractérisée par le fait que chaque ondulation est formée sur une strie (7), cette strie s'étendant de préférence de manière sensiblement rectiligne lorsque la lentille est observée suivant l'axe optique.
Unité selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'amplitude des ondulations (5) est croissante au fur et à mesure que l'ondulation considérée est éloignée du centre (CO) de la lentille.
Unité selon l'une des trois revendications précédentes, caractérisée par le fait que la lentille (3) est agencée pour donner, d'un point lumineux ponctuel situé à son foyer objet, une ligne lumineuse sensiblement horizontale lorsque les ondulations de la lentille sont placées de manière sensiblement verticale.
Unité selon l'une des quatre revendications précédentes, caractérisée par le fait que la face ondulée (4) de la lentille est agencée comme face de sortie de la lumière.
Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la source de lumière comporte une LED à émetteur lumineux plan (10), le plan de cet émetteur s'étendant avantageusement de manière inclinée par rapport à l'axe optique (Ox).
Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le foyer objet (F) de la lentille est placé au centre d'un bord inférieur (11) de l'émetteur de la source de lumière.
Unité selon l'une des revendications précédentes, l'unité présentant un haut et un bas lorsqu'elle est en place sur le véhicule, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un réflecteur (15) placé dans l'unité, afin d'intercepter au moins une partie des rayons lumineux provenant de la source de lumière de manière à créer une image étalée vers le haut et défocalisée, image qui, projetée et étalée par la lentille, vient compléter le faisceau complémentaire vers le bas.
Unité selon la revendications précédente, présentant un axe (Oy) transversal à l'axe optique et s'étendant sensiblement horizontalement lorsque l'unité est montée sur le véhicule, caractérisée par le fait que le réflecteur (15) présente une forme sensiblement en secteur de cylindre d'axe transversal (y).
Unité selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisée par le fait que le réflecteur comporte un bord avant (22) situé entre la lentille et la source de lumière.
Dispositif d'éclairage et/ou de signalisation, notamment de véhicule automobile, comportant :
- une unité optique principale (30) capable de produire un faisceau de lumière principal, notamment un faisceau de croisement,

- une unité optique (1) selon l'une des revendications précédentes, capable de produire un faisceau complémentaire (FC) présentant une coupure sensiblement plate, les faisceaux principal et complémentaire formant un faisceau global, ce faisceau global étant notamment un faisceau autoroute, de portée de préférence supérieure ou égale à 100 mètres.
Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il est agencé de manière à ce que le faisceau complémentaire soit allumé seulement lorsque le véhicule roule à une vitesse supérieure à un seuil prédéterminé (non nul), ce seuil étant par exemple sensiblement égal à 110 km/h.
Procédé pour produire un faisceau lumineux, notamment un faisceau autoroute, pour véhicule automobile, à l'aide d'une unité optique (10) selon l'une des revendications 1 à 11, ce procédé comportant l'étape suivante :
- générer un faisceau complémentaire à coupure sensiblement plate et ayant une unique zone d'éclairement maximal.