EP2743567A1 - Elément optique primaire, module d'éclairage et projecteur pour véhicule automobile - Google Patents

Elément optique primaire, module d'éclairage et projecteur pour véhicule automobile Download PDF

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EP2743567A1
EP2743567A1 EP13196380.3A EP13196380A EP2743567A1 EP 2743567 A1 EP2743567 A1 EP 2743567A1 EP 13196380 A EP13196380 A EP 13196380A EP 2743567 A1 EP2743567 A1 EP 2743567A1
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EP
European Patent Office
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optical element
light
primary optical
guide
face
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EP13196380.3A
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Marine Courcier
Pierre Albou
Vanesa Sanchez
Antoine De Lamberterie
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Valeo Vision SAS
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Valeo Vision SAS
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Publication date
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    • F21S41/663—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on light sources by switching light sources
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    • F21S41/25—Projection lenses
    • F21S41/26—Elongated lenses

Definitions

  • the technical field of the invention is that of lighting modules for motor vehicles.
  • a motor vehicle is equipped with headlamps, or headlights, intended to illuminate the road in front of the vehicle, at night or in the case of reduced luminosity.
  • headlamps can generally be used in two lighting modes: a first mode “high beam” and a second mode “low beam”.
  • the "high beam” mode provides strong illumination of the road far ahead of the vehicle.
  • the "low beam” mode provides more limited road lighting, but still offers good visibility without dazzling other road users.
  • These two lighting modes are complementary.
  • the driver of the vehicle must manually switch modes depending on the circumstances, at the risk of inadvertently dazzle another user of the road. In practice, changing the lighting mode manually can be unreliable and sometimes dangerous.
  • the dipped beam mode provides visibility sometimes unsatisfactory for the driver of the vehicle.
  • ADB Adaptive Driving Beam
  • Such an ADB function is intended to automatically detect a user of the road likely to be dazzled by a beam of light emitted in headlight mode by a projector, and to modify the outline of this beam of light in a manner to create a shadow zone at the location of the detected user.
  • the advantages of the ADB function are multiple: comfort of use, better visibility compared to a lighting in dipped beam mode, better reliability for the change of mode, risk of dazzling greatly reduced, driving safer.
  • each LED enters the associated light guide and is emitted from an outlet end of the guide, rectangular in shape, to the associated secondary optical element.
  • the light emitted by each optical guide exit end and projected by the secondary optical element forms a vertical light segment at the front of the vehicle.
  • the light segments produced overlap partially in the horizontal direction.
  • the LEDs can be switched on independently of each other, selectively, to obtain the desired illumination.
  • each light guide undergos refraction at the interface between the output surface of the guide and the surrounding medium (that is to say the air).
  • This has the effect of strongly spacing the rays of the optical axis of the secondary optical element.
  • part of the rays emitted by the exit surface of each light guide does not penetrate into the associated secondary optical element.
  • Such a lighting system does not provide good quality imaging.
  • the present invention improves the situation.
  • the invention relates to a primary optical element for a motor vehicle lighting module, comprising a plurality of light guides, characterized in that the light guides are connected at the output to a corrective part comprising a face of light. at least partially dome-shaped substantially spherical outlet, the light guides and the corrective part forming a monobloc structure.
  • substantially spherical dome is meant a surface whose shape at least partially matches that of a sphere.
  • the corrective part is defined at least by an exit face having at least one spherical portion.
  • the light rays are not or little deviated due to the substantially spherical dome shape of the output face of this corrective part.
  • the one-piece structure ensures an excellent connection between the guides and the corrective part of the primary optical element.
  • the optical efficiency is greatly improved.
  • the respective refractive indices of the light guides and the corrective part are substantially identical.
  • substantially identical refractive indices equal to one hundredth.
  • the light guides and the corrective part are made of the same material.
  • the light guides and the corrective part are from the same polymer.
  • the light guides and the corrective part are made from materials that are at least base polymer, for example PMMA. However, these materials may have different charges.
  • the substantially spherical dome-shaped exit face is centered substantially at the exit of one of the light guides.
  • the rays issuing from a guide substantially at the center of the sphere enveloping the corrective portion are normal to the outlet face thereof and are therefore not deviated to the interface between the corrective part and the surrounding air .
  • the spokes emerging from an eccentric guide are for their part slightly deviated to the exit interface.
  • the corrective part has substantially the shape of a half-sphere.
  • the exit face has a half-spherical shape over its entire surface.
  • the exit face is constituted by the spherical portion, this spherical portion extending over the entire surface of the exit face.
  • the corrective portion may be a truncated ball portion, i.e., cut on either side of the spherical portion formed on the exit face.
  • the exit face is constituted by the spherical portion, this spherical portion extending over the entire surface of the exit face.
  • the exit face may comprise at least one portion adjacent to the spherical portion, the adjacent portion extending from the spherical portion to the rear of the corrective portion according to a progressive radius of curvature. If necessary, the radius of curvature gradually decreases.
  • At least one light guide has a face, upper or lower, having a cylindrical portion shape.
  • the curved shape, in a portion of a cylinder, of the upper or lower face of the guide, contributes to concentrating the light intensity in an area, respectively higher or lower, of the secondary light source output of the guide.
  • the entrance face of at least one light guide comprises a convex portion.
  • the entry face of at least one light guide comprises a concave portion.
  • the input face of said light guide extends at least partially in a plane inclined to the vertical by an angle between 0 ° and 45 °.
  • said plane is inclined at an angle between 10 ° and 30 °.
  • At least one light guide comprises at least one spreading face, said spreading face being shaped so as to widen the cross section of the guide from its input face to its exit
  • the widening, low or high, of the guide makes it possible to spread the light at the bottom or the top of the secondary light source at the exit of the guide.
  • the light guides being juxtaposed two by two along a line, one of the two end guides of said line comprises a side spreading face.
  • the guides can all be aligned along a single line.
  • the guides may be arranged along at least two lines, at least one of the lines being disposed below another of the lines.
  • each guide of at least one of the lines can be arranged exactly below a guide of another of the lines.
  • each guide of at least one of the lines may be disposed below, laterally offset, from one guide to another of the lines.
  • the lateral enlargement of the guide allows the light to be spread on the side of the secondary light source at the exit of the guide.
  • an area of the output face of the corrective part has a radius of curvature which gradually decreases.
  • said zone of the exit face is a lateral, lower or upper zone.
  • the invention also relates to an optical assembly comprising the primary optical element as defined above and a plurality of light sources, each source being associated with a single guide.
  • the invention also relates to an optical lighting module for a motor vehicle headlamp, characterized in that it comprises a plurality of light sources, a primary optical element as previously defined and an associated projection optical element, the outputs of guides of the primary optical element being positioned in an object focal plane of the projection lens.
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight, characterized in that it comprises at least one optical module as previously defined, including several optical modules.
  • An orthogonal three-dimensional coordinate system is also represented on the figure 1 , the z axis corresponding to the vertical.
  • the Figures 1 to 3 represent an optical lighting module, in operational position, intended to equip a motor vehicle headlamp, according to a first embodiment.
  • the Figures 1, 2 and 3 respectively represent a perspective view, a top view, in the direction ZZ ', and a side view, in the direction XX', of the optical module.
  • the front of the module designates the part to the right of the figure 1 and the back of the module to the left.
  • the primary light sources 1a-1d are, in the particular example described here, light emitting diodes, or LEDs. However, LEDs could be replaced by other light sources.
  • the primary optical element 2 comprises a number N of light guides, also called waveguides or optical guides, referenced 3a-3d, respectively associated with the N primary light sources 1a-1d, and a corrective part 4.
  • the N light guides 3a-3d are connected, connected at the output to the rear of the corrective part 4, the whole forming a monobloc structure.
  • monobloc structure is meant that the elements of the structure (here the guides 3a-3d and the corrective part 4) are not separable without destruction of at least one of the elements.
  • the number N of guides is equal to four. Of course, this number could be greater or less than four. It is, however, preferably strictly greater than one.
  • the corrective part 4 is a sphere portion, or a ball portion, centered on the outlet of one of the guides, here the guide 3b. More specifically, in the particular example of Figures 1 to 3 , the corrective part 4 is a half-ball whose center is situated in the exit plane of the guide 3b and on the optical axis 6. In a variant, the exit plane of the guide 3b could be substantially offset with respect to the center of the sphere of a distance less than or equal to 10% of the value of the radius of the sphere, preferably along the optical axis 6.
  • the front surface 41 of the corrective part 4, in the form of a spherical dome or spherical portion constitutes an exit front face.
  • the rear 40 of the corrective part 4 extends here in the cutting plane of the half-sphere. It could however have any shape, provided to ensure the connection with the outputs of the guides 3a-3d and not to change the path of the rays from the output ends of the guides and propagating in the corrective part 4.
  • the corrective part may be a truncated ball portion, that is to say cut off on each side of the spherical portion formed on the exit face.
  • it may be formed of the first and second ball portions, adjacent to the peripheral portion, and which extend along a progressive radius of curvature until reaching the rear 40 of the corrective portion 4.
  • the light guides 3a-3d and the corrective part 4 are made of the same material and have the same refractive index.
  • the guides 3a-3d and the corrective part 4 are made of the same material or are derived from the same polymer. If they come from the same polymer, the guides may have a charge different from that of the corrective part 4.
  • the guides may be manufactured in PMMA-HT (English Polymethyl MethAcrylate High Temperature - high temperature polymethyl methacrylate) with a refractive index of 1.490 and resistant to high temperatures, and the PMMA-8N corrective part having a refractive index equal to 1.491 and less expensive.
  • blind refractive index is meant that the refractive index of the guides 3a-3d and that of the corrective part 4 are equal to the nearest hundredth.
  • the material constituting the guides 3a-3d and the corrective part 4 is transparent. This is a material for an optical lens, such as an organic material or possibly glass.
  • 3a-3d light guides allows more tolerance in the positioning of light sources 1a-1d. This avoids the need to accurately position the light sources 1 to 1 d relative to each other.
  • each guide 3a (3b-3d) extends along a longitudinal axis crossing the input face 30a (30b-30d) at its center, and the output 31a (31b-31d).
  • the guides 3a-3d could comprise a sheath surrounding the interior of the guide, the light being intended to propagate inside the guide by successive total reflections on an inner wall of the sheath.
  • each guide 3a (3b-3d) (that is to say transverse to the optical axis of the guide) here has a shape of parallelogram, and more precisely rectangle.
  • the cross section of the guides could be of any shape. It could for example include curved sides. In any case, it is adapted to produce a desired form of light beam at the output of the optical module.
  • the outputs 31a-31d of guides are secondary light sources for producing respective light beams at the output of the optical module. These light beams have generally rectangular shapes in cross section (that is to say transverse to the optical axis 6).
  • the respective axes of the guides 3a-3d extend horizontally and orthogonally to the cutting plane of the half-sphere of the corrective part 4.
  • the N guides 3a-3d are here juxtaposed and form a horizontal row.
  • the guides could be juxtaposed two by two along any line, straight or curved. They could for example be arranged in a fan.
  • each guide 3a (3b-3d) is here flat and vertical. It is positioned facing (that is to say at right) a primary light source 1a (1b-1d), the light emitted by it being intended for penetrate at least partially into the associated guide 3a (3b-3d) by this input face 30a (30b-30d).
  • a primary light source 1a (1b-1d) the light emitted by it being intended for penetrate at least partially into the associated guide 3a (3b-3d) by this input face 30a (30b-30d).
  • the distance between an output plane of the light source 1a (1b-1d) and the input face of the associated guide 3a (3b-3d) is between 0.1 millimeters and 1 millimeter.
  • the upper faces 34a-34d of the guides are planar and extend in the same horizontal plane.
  • the figure 4 represents the light segments 7a-7d respectively produced by the secondary light sources 31a-31d of the guides 3a-3d, at the output of the optical module, on a wall located about 25 meters in front of the projection element 5.
  • the lower faces 35a-35d of the guides 3a-3d are spreading faces shaped so as to widen the cross section of the guide 3a (3b-3d), continuously, from its inlet face to its face output, each guide 3a (3b-3d) flaring down from its entrance to its exit.
  • the lower faces 35a-35d are here curved and have a flared shape. Alternatively, they could be flat and inclined relative to the longitudinal axis of the guide.
  • each guide 3a (3b-3d) allows a vertical downward spread of the secondary light source 31a (31b-31d) at the outlet of the guide, which corresponds to a spread towards the top of the light segment produced as it appears on the figure 4 . Thanks to the shaping of the bottom of the guides 3a-3d, the top of each light segment 7b-7d is softened, the light intensity decreasing vertically upwards gradually.
  • the row of light guides 3a-3d comprises a left lateral end guide 3d and a right lateral end guide 3a, when the optical module is observed in the direction YY '.
  • the left end guide 3d is intended to produce a right light segment.
  • the right end guide 3a is intended to produce a left light segment.
  • the left end guide 3d comprises a left lateral spreading face 33d shaped to expand laterally, continuously, the cross section of the guide from its input face to its output.
  • the left side face 33D is here curved and flares from the input face 30d of the guide 3d to its output 31d.
  • the lateral face 33d could be flat and inclined with respect to the optical axis of the guide 3d.
  • the lateral widening of the guide 3d allows lateral spreading to the left of the secondary light source 31d at the output of the guide 3d, which corresponds here to a lateral spread to the right of the light segment produced 7d as it appears on FIG. figure 4 .
  • the right edge of the light segment 7d is softened, the light intensity decreasing laterally to the right gradually.
  • optical module represented on Figures 1 to 3 is intended to equip a right projector of a motor vehicle.
  • the optical module for a left motor vehicle headlight comprises a right end light guide 3a having a flared right side face similar to the left side face 31d of the guide 3d of the figure 2 .
  • the entry of the guides 3a-3d has the effect of reducing the opening of the light rays emitted by the primary sources 1a-1d, the rays entering the guides 3a-3d being folded by the laws of refraction.
  • the light rays are not deflected due to the connection between the guides 3a-3d and the corrective part 4. This, the reduced opening of the rays is preserved.
  • the light rays issuing from the corrective part 4 by the exit face 41 are not or little deviated thanks to the spheroidal dome shape of the outlet face 41.
  • the half-spherical corrective part 4 being centered on the output of one of the guides, here the guide 3b, a radius from the exit plane of this guide 3b at the optical axis 6 is normal or almost normal to the output face 41 and is therefore not not deviated to the interface between the corrective part 4 and the surrounding air.
  • a ray originating from an area remote from the optical axis 6 is folded towards this optical axis 6.
  • the refraction at the interface between the corrective part 4 and the surrounding medium (air) is in a way "compensated" by the shape spherical, or substantially spherical, of the exit face 41.
  • the corrective part 4 also makes it possible to correct the field aberrations of the optical system and thus ensure good quality imaging, as will be explained further later.
  • the projection element 5 is here a convergent optical lens having the axis 6 for optical axis.
  • the distance separating the corrective part 4 and the projection optical element 5 is strictly greater than zero and adapted so that the plane in which the outputs of the guides 31a-31 extend coincides with the object focal plane of the lens. projection 5.
  • the optical module is adapted to create an infinite image of the secondary light sources 31a-31d formed at the output ends of the guides 3a-3d.
  • a light beam emitted by one of the light sources 1a (1b-1d) and having an opening ⁇ with respect to the optical axis of the associated guide 3a (3b-3d) is folded down, at the entrance to the guide, by the laws of refraction in arcsin 1 not . sin ⁇ , where n represents the refractive index inside the guide 3a (3b-3d).
  • the spokes then pass through the corrective part 4 in straight lines and exit through the exit face 41 while propagating forwards towards the projection element 5.
  • the Figures 7 and 8 respectively represent, in top view, the path of a light beam emerging from the guide 3b located substantially on the optical axis 6 and the path of a light beam coming out of the guide 3c located outside the optical axis 6. For the sake of clarity, the guides are not represented on these Figures 7 and 8 .
  • the radii 8b emitted by the output 31b of the guide 3b located substantially on the optical axis 6 are virtually deviated at the interface between the corrective part 4 and the surrounding medium (air), when they pass through the face of output 41, thanks to the spherical shape of the interface.
  • the radii 8c emitted by the output 31c of the guide 3c located outside the optical axis 6 are slightly folded towards the optical axis 6 at the interface between the corrective part 4 and the surrounding air, when they pass through the exit face 41.
  • the corrective part 4 makes it possible to reduce the inclination of the rays when they impact the projection lens 5, not only for the rays issuing from the guide 3b positioned at the spherical center, but also for the rays coming from the eccentric guides which undergo a projection. slight deviation at the exit of the corrective part 4. Thus, the corrective part 4 decreases the optical aberrations.
  • the ball portion shape of the corrective portion 4 improves imaging in the field.
  • the light segments 7a-7c produced by the outputs 31a-31c of the guides 3a-3c have vertical rectangle shapes and have in their upper part a spread of the light induced by the low flare of the guides 3a-3c.
  • the light segment 7d has a double spread of the light: a high spread of the light induced by the low flare of the 3d guide and a right lateral spreading induced by the left lateral flare of the 3d guide. In the areas of spread of the light, the light intensity decreases gradually.
  • the optical module of the invention has an excellent optical efficiency.
  • the luminous flux emitted by the sources undergo little loss and are recovered largely at the output of the module to create light beams capable of forming light segments.
  • the optical module can produce light segments whose shapes are perfectly controlled.
  • the vertical boundaries of the light segments have a shape and clarity well controlled.
  • “Modulation” or “microstructure” type patterns could be added to the surfaces of the projection element 5 to intentionally add a controlled cut-off blur.
  • FIG 9 there is shown a side view, in the direction XX ', of the light guide 3a.
  • the figure 9 ' represents a perspective view of the guides 3a-3d according to this embodiment.
  • the upper face 34a of the guide 3a is a curved surface generally having a cylindrical portion shape. This has the effect of concentrating the light intensity in the upper part of the beam coming out of the guide 3a, which corresponds to a zone (called "range area”) located in the bottom of the light beam produced at the output of the optical module.
  • the shape of the upper face 34a is adapted to optically conjugate the point A, located in the air and corresponding to a light emission point of the source 1a, and the point B, located in the material of the guide 3a, at the exit 31a of the guide.
  • the specific shape of the surface 34a can be calculated by applying Fermat's theorem to maintain the constant optical path between the points A and B.
  • a modification of the shape of the input face 30, in particular of its upper portion 300a causes a modification of the shape of the upper face 34a.
  • the inlet face 30a of the guide 3a extends partially in a plane inclined to the vertical of an angle ⁇ , between 0 ° and 45 °, preferably between 10 ° and 30 °.
  • the inlet face 30a has a slightly convex upper portion 300a and a slightly concave lower portion 301a.
  • the convex upper portion 300a has the effect of helping to focus the light intensity in the range of the produced light segment.
  • the concave lower portion 301a has the effect of helping to spread the light down guide 3a and, therefore, in the upper part of the light segment produced 7a.
  • the light sources 1a-1d are mounted on a support inclined at the same angle ⁇ relative to the vertical, facing the input faces 30a-30d.
  • the lower face 35a of the guide is here flat and inclined downwards so as to continuously widen the cross section of the guide 3a from its inlet 30a to its outlet 31a.
  • the light guide 3a is shown.
  • the other guides 3b-3d are analogous, with the only difference that the guide 3d has a left lateral face similar to that of the first embodiment as shown in FIG. figure 2 .
  • the corrective part 4 has a shape of half-ball or half-sphere. Other embodiments are possible.
  • the corrective part 4 has a slightly deformed half-ball shape, as shown in FIGS. Figures 11 and 12 .
  • the figure 11 represents a profile view in the direction XX 'of the optical module 2.
  • the corrective part 4 comprises a lower portion 42 and an upper portion 43, separated by a horizontal plane P h represented by a dashed line on the figure 11 .
  • the radius of curvature of the outlet face 41 decreases progressively downwards, from the plane Ph, in order to gradually fold the spokes towards the optical axis 6, as shown in FIG. figure 11 .
  • This is equivalent to gradually spreading the rays in the output plane of the guides.
  • the rays spread in the bottom of the output plane of the guides have the effect of spreading the top of the light beam at the output of the optical module. This avoids a diaphragm effect from the bottom of the projection lens 5 which would produce by occultation a sudden cut of the top of the light beam.
  • the figure 12 represents a view from above in the direction ZZ 'of the optical module 2.
  • the corrective part 4 comprises a left lateral part 44 and a right lateral part 45, separated by a vertical plane P v , when the module 2 is observed in the direction YY '.
  • the radius of curvature of the output face 41 of the corrective part 4 decreases gradually from the plane Pv to the left. This is equivalent to gradually spreading the rays in the output plane of the guides.
  • the rays spread in the left part of the exit plane of the guides have the effect of spreading the right part of the light beam at the output of the optical module. This avoids a diaphragm effect by the left side of the projection lens 5 which would produce by occultation a sudden cut of the top of the light beam.
  • the corrective part 4 comprises an outlet front face 41 having a shape of spherical cap (that is to say a portion of sphere intersected by a plane other than median), connected to the exit plane guides 3a-3d by a rear portion of conical, cylindrical or other.
  • the rear of the corrective portion 4 is connected to the outputs of the guides, located in the object focal plane of the projection lens 5, and further comprises, outside the connection areas of the guides, an optically inactive material-air interface. This material-air interface must be shaped not to be impacted by light rays coming out of the optical guides 3a-3d.
  • the air interface portion of the rear of the corrective portion 4 may be adapted and shaped to function as a mechanical attachment zone.
  • the projection optical element is a lens.
  • the lens could be replaced by any other projection optical element, capable of creating an infinite image of the outputs 31a-31d of the guides.
  • This projection element could comprise one or more lenses, or one or more reflective mirrors, or a combination of mirror (s) and lens (s).
  • the projection element has no inversion effect.
  • the shapes of the light guides 3a-3d and the corrective part 4 must be adapted according to the shape of the desired light beams at the output of the optical module.
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight incorporating one or more optical lighting modules according to any one of the described embodiments.

Abstract

L'élément optique primaire comprend une pluralité de guides de lumière (3a-3d), reliés en sortie à une partie correctrice (4) comportant une face de sortie (41) au moins en partie en forme de dôme sensiblement sphérique, les guides de lumière (3a-3d) et la partie correctrice (4) formant une structure monobloc. Le module d'éclairage comprend une pluralité de sources de lumière (1a-1d), l'élément optique primaire (2) et un élément optique de projection associé (5). Les sorties des guides (3a-3d) sont positionnées dans un plan focal objet de la lentille de projection (5). Le projecteur intègre un ou plusieurs modules optiques.

Description

  • Le domaine technique de l'invention est celui des modules d'éclairage pour véhicules automobiles.
  • Un véhicule automobile est équipé de projecteurs, ou phares, destinés à illuminer la route devant le véhicule, la nuit ou en cas de luminosité réduite. Ces projecteurs peuvent généralement être utilisés selon deux modes d'éclairage : un premier mode « feux de route » et un deuxième mode « feux de croisement ». Le mode « feux de route » permet d'éclairer fortement la route loin devant le véhicule. Le mode « feux de croisement » procure un éclairage plus limité de la route, mais offrant néanmoins une bonne visibilité, sans éblouir les autres usagers de la route. Ces deux modes d'éclairage sont complémentaires. Le conducteur du véhicule doit manuellement changer de mode en fonction des circonstances, au risque d'éblouir par inadvertance un autre usager de la route. En pratique, le fait de changer de mode d'éclairage de façon manuelle peut manquer de fiabilité et s'avérer parfois dangereux. En outre, le mode feux de croisement procure une visibilité parfois insatisfaisante pour le conducteur du véhicule.
  • Pour améliorer la situation, des projecteurs dotés d'une fonction ADB (Adaptive Driving Beam) d'éclairage adaptatif ont été proposés. Une telle fonction ADB est destinée à détecter de façon automatique un usager de la route susceptible d'être ébloui par un faisceau d'éclairage émis en mode feux de route par un projecteur, et à modifier le contour de ce faisceau d'éclairage de manière à créer une zone d'ombre à l'endroit où se trouve l'usager détecté. Les avantages de la fonction ADB sont multiples : confort d'utilisation, meilleure visibilité par rapport à un éclairage en mode feux de croisement, meilleure fiabilité pour le changement de mode, risque d'éblouissement fortement réduit, conduite plus sûre.
  • Le document EP2280215 décrit un exemple de système d'éclairage pour projecteur de véhicule automobile, doté d'une fonction ADB. Le système comprend
    • quatre modules optiques primaires, sources de lumière, chaque module optique primaire comportant trois sources de lumière LED, associées à trois guides de lumière respectifs, et une lame support ; et
    • quatre éléments optiques secondaires de projection, en l'espèce des lentilles, respectivement associés aux quatre modules optiques primaires.
  • La lumière émise par chaque LED pénètre dans le guide de lumière associé et est émise par une extrémité de sortie du guide, de forme rectangulaire, vers l'élément optique secondaire associé. La lumière émise par chaque extrémité de sortie de guide optique et projetée par l'élément optique secondaire, forme à l'avant du véhicule un segment lumineux vertical. Les segments lumineux produits se superposent partiellement dans la direction horizontale. Les LED peuvent être allumées indépendamment l'une de l'autre, de façon sélective, pour obtenir l'éclairage souhaité.
  • Un tel système d'éclairage présente néanmoins certains inconvénients.
  • Notamment, les rayons émis par chaque guide de lumière subissent une réfraction à l'interface entre la surface de sortie du guide et le milieu environnant (c'est-à-dire l'air). Cela a pour effet d'écarter fortement les rayons de l'axe optique de l'élément optique secondaire. Il en résulte qu'une partie des rayons émis par la surface de sortie de chaque guide de lumière ne pénètre pas dans l'élément optique secondaire associé.
  • Un tel système d'éclairage ne permet pas d'obtenir une imagerie de bonne qualité.
  • La présente invention vient améliorer la situation.
  • A cet effet, l'invention concerne un élément optique primaire pour module d'éclairage de véhicule automobile, comprenant une pluralité de guides de lumière, caractérisé par le fait que les guides de lumière sont reliés en sortie à une partie correctrice comportant une face de sortie au moins en partie en forme de dôme sensiblement sphérique, les guides de lumière et la partie correctrice formant une structure monobloc.
  • D'emblée, on notera que par « dôme sensiblement sphérique », on entend désigner une surface dont la forme épouse au moins partiellement celle d'une sphère. En d'autres termes, la partie correctrice est délimitée au moins par une face de sortie présentant au moins une portion sphérique.
  • Lorsqu'une source de lumière primaire est placée en regard de l'entrée d'un guide, des rayons lumineux émis par cette source pénètrent et se propagent dans le guide puis poursuivent leur trajet dans la partie correctrice de l'élément optique primaire. L'ensemble des rayons sortant du guide, autrement dit le faisceau lumineux en sortie de guide, constitue une source de lumière secondaire.
  • On sait qu'un rayon lumineux pénétrant dans un guide optique avec une ouverture α par rapport à la normale à la surface d'entrée de ce guide est rabattu vers l'axe longitudinal du guide par les lois de la réfraction en un angle arcsin(1/n*sin(α)). Grâce à l'invention, ce rayon passe directement du guide à la partie correctrice de l'élément optique primaire. L'ouverture réduite des rayons est ainsi conservée.
  • En outre, à la sortie de la partie correctrice, les rayons lumineux ne sont pas ou peu déviés grâce à la forme de dôme sensiblement sphérique de la face de sortie de cette partie correctrice.
  • La structure monobloc permet d'assurer une excellente connexion entre les guides et la partie correctrice de l'élément optique primaire.
  • Ainsi, grâce à la partie correctrice reliée à la sortie des guides de lumière et à la structure monobloc de l'élément optique primaire, l'efficacité optique est grandement améliorée.
  • Avantageusement, les indices de réfraction respectifs des guides de lumière et de la partie correctrice sont sensiblement identiques.
  • Par « sensiblement identiques », on entend désigner des indices de réfraction égaux au centième près. Ainsi, à la sortie des guides, les rayons ne subissent pas ou quasiment pas de réfraction.
  • Dans une forme de réalisation particulière, les guides de lumière et la partie correctrice sont fabriqués dans un même matériau.
  • Dans ce cas et avantageusement, les guides de lumière et la partie correctrice sont issus d'un même polymère.
  • Par « même matériau », on entend signifier que les guides de lumière et la partie correctrice sont réalisés dans des matériaux au moins issus d'un même polymère de base, par exemple le PMMA. Toutefois, ces matériaux peuvent avoir des charges différentes.
  • De préférence, la face de sortie en forme de dôme sensiblement sphérique est centrée sensiblement à la sortie de l'un des guides de lumière. Ainsi les rayons sortant d'un guide sensiblement au niveau du centre de la sphère enveloppant la partie correctrice sont normaux à la face de sortie de celle-ci et ne sont donc pas déviés à l'interface entre la partie correctrice et l'air environnant. Les rayons sortant d'un guide excentré sont quant à eux légèrement déviés à l'interface de sortie.
  • Dans un exemple particulier de réalisation, la partie correctrice a sensiblement la forme d'une demi-sphère. En d'autres termes, la face de sortie présente une forme demi-sphérique sur toute sa surface. Le cas échéant, la face de sortie est constituée par la portion sphérique, cette portion sphérique s'étendant sur toute la surface de la face de sortie.
  • En variante, la partie correctrice peut être une portion de boule tronquée, c'est-à-dire coupée de chaque côté de la portion sphérique formée sur la face de sortie. Le cas échéant, la face de sortie est constituée par la portion sphérique, cette portion sphérique s'étendant sur toute la surface de la face de sortie.
  • Dans un autre exemple de réalisation, la face de sortie peut comporter au moins une portion adjacente à la portion sphérique, la portion adjacente s'étendant depuis la portion sphérique jusqu'à l'arrière de la partie correctrice selon un rayon de courbure progressif. Le cas échéant, le rayon de courbure diminue progressivement.
  • Avantageusement, au moins un guide de lumière comporte une face, supérieure ou inférieure, ayant une forme de portion cylindrique.
  • La forme courbée, en portion de cylindre, de la face supérieure ou inférieure du guide, contribue à concentrer l'intensité lumineuse dans une zone, respectivement supérieure ou inférieure, de la source lumineuse secondaire en sortie du guide.
  • Dans une forme de réalisation particulière, la face d'entrée d'au moins un guide de lumière comporte une portion convexe.
  • Cela contribue également à concentrer l'intensité lumineuse dans une zone de la source lumineuse secondaire.
  • Avantageusement, la face d'entrée d'au moins un guide de lumière comporte une portion concave.
  • Cela contribue à étaler la lumière dans une zone de la source lumineuse secondaire.
  • Avantageusement encore, la face d'entrée dudit guide de lumière s'étend au moins partiellement dans un plan incliné par rapport à la verticale d'un angle compris entre 0° et 45°.
  • De préférence, ledit plan est incliné d'un angle compris entre 10° et 30°.
  • Dans une forme de réalisation particulière, au moins un guide de lumière comprend au moins une face d'étalement, ladite face d'étalement étant conformée de manière à élargir la section transversale du guide de sa face d'entrée jusqu'à sa sortie
  • L'élargissement, bas ou haut, du guide permet d'étaler la lumière dans le bas ou le haut de la source lumineuse secondaire à la sortie du guide.
  • Dans une autre forme de réalisation, les guides de lumière étant juxtaposés deux à deux le long d'une ligne, l'un des deux guides d'extrémité de ladite ligne comprend une face latérale d'étalement.
  • Par exemple, les guides peuvent être tous alignés le long d'une unique ligne.
  • En variante, les guides peuvent être disposés le long d'au moins deux lignes, l'une au moins des lignes étant disposée en dessous d'une autre des lignes. Par exemple, chaque guide d'au moins l'une des lignes peut être disposé exactement en dessous d'un guide d'une autre des lignes. Dans un autre exemple, chaque guide d'au moins l'une des lignes peut être disposé en dessous, de façon latéralement décalée, d'un guide d'une autre des lignes.
  • L'élargissement latéral du guide permet d'étaler la lumière sur le côté de la source lumineuse secondaire à la sortie du guide.
  • Dans une variante de réalisation, une zone de la face de sortie de la partie correctrice a un rayon de courbure qui diminue progressivement.
  • Dans une autre variante de réalisation, ladite zone de la face de sortie est une zone latérale, inférieure ou supérieure.
  • Grâce à cela, les rayons sortant par la zone de la face de sortie de la partie correctrice dont le rayon de courbure est augmenté sont davantage rabattus vers un axe optique de l'élément optique.
  • L'invention concerne également un ensemble optique comprenant l'élément optique primaire tel que précédemment défini et une pluralité de sources de lumière, chaque source étant associée à un unique guide.
  • L'invention concerne encore un module optique d'éclairage pour projecteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de sources de lumière, un élément optique primaire tel que précédemment défini et un élément optique de projection associé, les sorties des guides de l'élément optique primaire étant positionnées dans un plan focal objet de la lentille de projection.
  • Le positionnement du « plan de sortie » des guides (ce « plan de sortie » désignant la surface, non nécessairement plane, dans laquelle s'étendent les sorties des guides) dans le plan focal objet de l'élément de projection permet de créer à l'infini une image des sources lumineuses secondaires à la sortie des guides, produisant ainsi des segments lumineux de formes correspondantes.
  • L'invention concerne encore un projecteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module optique tel que précédemment défini, notamment plusieurs modules optiques.
  • On va maintenant décrire différentes formes de réalisation de l'élément optique primaire, de l'ensemble optique, du module d'éclairage et du projecteur pour véhicule automobile selon l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 représente une vue en perspective du module d'éclairage, en position opérationnelle ;
    • la figure 2 représente une vue de dessus du module de la figure 1 ;
    • la figure 3 représente une vue latérale du module de la figure 1 ;
    • la figure 4 représente des segments lumineux produits par le module de la figure 1 sur un mur situé à environ 25 mètres du module ;
    • la figure 5 représente un vue de dessus de l'élément optique primaire de la figure 1 ;
    • la figure 6 représente une vue latérale de l'élément optique primaire de la figure 1 ;
    • la figure 7 représente le trajet de rayons entre une point d'extrémité de sortie d'un premier guide, situé sensiblement sur l'axe optique d'un élément de projection, et la sortie du module optique de la figure 1 ;
    • la figure 8 représente le trajet de rayons entre un point d'extrémité de sortie d'un deuxième guide, situé hors de l'axe optique de l'élément de projection, et la sortie du module optique de la figure 1 ;
    • la figure 9 représente une deuxième forme de réalisation de l'élément optique primaire, en vue latérale ;
    • la figure 9' représente une vue en perspective de l'élément optique primaire de la figure 9 ;
    • la figure 10 représente le trajet de rayons lumineux dans un guide de la figure 9 ;
    • la figure 11 représente un élément optique primaire selon une troisième forme de réalisation ;
    • la figure 12 représente un élément optique primaire selon une quatrième forme de réalisation.
  • D'emblée on notera que, par souci de clarté, les éléments correspondants représentés sur différentes figures portent les mêmes références, sauf indication contraire.
  • Un repère tridimensionnel orthogonal est également représenté sur la figure 1, l'axe z correspondant à la verticale.
  • Les figures 1 à 3 représentent un module optique d'éclairage, en position opérationnelle, destiné à équiper un projecteur de véhicule automobile, selon une première forme de réalisation. Les figures 1, 2 et 3 représentent respectivement une vue en perspective, une vue de dessus, selon la direction ZZ', et une vue latérale, selon la direction XX', du module optique.
  • Le module d'éclairage comprend :
    • une pluralité de sources de lumière primaires, référencées 1a-1d ;
    • un élément optique primaire 2 et
    • un élément optique secondaire de projection 5, ayant un axe optique 6.
  • Par définition, l'avant du module désigne la partie située à droite sur la figure 1 et l'arrière du module celle située à gauche.
  • Les sources de lumière primaires 1a-1d sont, dans l'exemple particulier décrit ici, des diodes électroluminescentes, ou LED. On pourrait toutefois remplacer les LED par d'autres sources de lumière.
  • L'élément optique primaire 2 comprend un nombre N de guides de lumière, également appelés guides d'onde ou guides optiques, référencés 3a-3d, respectivement associés aux N sources de lumière primaires 1 a-1 d, et une partie correctrice 4. Les N guides de lumière 3a-3d sont reliés, connectés en sortie à l'arrière de la partie correctrice 4, le tout formant une structure monobloc. Par « structure monobloc », on entend signifier que les éléments de la structure (ici les guides 3a-3d et la partie correctrice 4) ne sont pas séparables sans destruction de l'un au moins des éléments.
  • Dans l'exemple particulier décrit ici, le nombre N de guides est égal à quatre. Bien entendu, ce nombre pourrait être supérieur ou inférieur à quatre. Il est toutefois de préférence strictement supérieur à un.
  • La partie correctrice 4 est une portion de sphère, ou une portion de boule, centrée sur la sortie de l'un des guides, ici le guide 3b. Plus précisément, dans l'exemple particulier des figures 1 à 3, la partie correctrice 4 est une demi-boule dont le centre est situé dans le plan de sortie du guide 3b et sur l'axe optique 6. En variante, le plan de sortie du guide 3b pourrait être sensiblement décalé par rapport au centre de la sphère d'une distance inférieure ou égale à 10% de la valeur du rayon de la sphère, de préférence le long de l'axe optique 6. La surface avant 41 de la partie correctrice 4, en forme de dôme sphérique ou portion sphérique, constitue une face avant de sortie. L'arrière 40 de la partie correctrice 4 s'étend ici dans le plan de coupe de la demi-sphère. Il pourrait toutefois avoir une forme quelconque, sous réserve d'assurer la connexion avec les sorties des guides 3a-3d et de ne pas modifier la trajectoire des rayons issus des extrémités de sortie des guides et se propageant dans la partie correctrice 4.
  • A titre d'exemple, la partie correctrice peut être une portion de boule tronquée, c'est-à-dire coupée de chaque côté de la portion sphérique formée sur la face de sortie.
  • Alternativement, il peut être formé des première et deuxième portion de boule, adjacentes à la portion périphérique, et qui s'étendent selon un rayon de courbure progressif jusqu'à atteindre l'arrière 40 de la partie correctrice 4.
  • Les guides de lumière 3a-3d et la partie correctrice 4 sont fabriqués dans un même matériau et ont un même indice de réfraction.
  • Par « même matériau », on entend signifier que les guides de lumière 3a-3d et la partie correctrice 4 sont fabriqués dans un même matériau ou sont issus d'un même polymère. S'ils sont issus d'un même polymère, les guides peuvent avoir une charge différente de celle de la partie correctrice 4. A titre d'exemple illustratif, les guides peuvent être fabriqués en PMMA-HT (de l'anglais Polymethyl MethAcrylate High Temperature - polyméthacrylate de méthyle Haute Température) d'indice de réfraction égal à 1,490 et résistant aux hautes températures, et la partie correctrice en PMMA-8N d'indice de réfraction égal à 1,491 et moins coûteux.
  • Par « même indice de réfraction », on entend signifier que l'indice de réfraction des guides 3a-3d et celui de la partie correctrice 4 sont égaux au centième près.
  • Le matériau constituant les guides 3a-3d et la partie correctrice 4 est transparent. Il s'agit ici d'un matériau pour lentille optique, tel qu'un matériau organique ou éventuellement du verre.
  • L'utilisation de guides de lumière 3a-3d permet davantage de tolérance dans le positionnement des sources de lumière 1a-1d. Cela évite de devoir positionner avec précision les sources de lumière 1 a-1 d les unes par rapport aux autres.
  • Chaque guide de lumière 3a (3b-3d) comporte
    • une face arrière 30a (30b-30d) d'entrée de la lumière ;
    • une sortie avant, ou extrémité de sortie ou interface de sortie, 31a (31 b-31 d) jouant un rôle de source de lumière secondaire, reliée à la partie correctrice 4 ;
    • deux faces latérales 32a (32b-32d), 33a (33b-33d) ;
    • une face supérieure 34a (34b-34d) ;
    • une face inférieure 35a (35b-35d).
  • Par souci de clarté, certaines références de faces de guide ne sont pas reportées sur les figures, afin de ne pas les surcharger.
  • En outre, chaque guide 3a (3b-3d) s'étend le long d'un axe longitudinal traversant la face d'entrée 30a (30b-30d), en son centre, et la sortie 31 a (31b-31d).
  • Dans une variante de réalisation, les guides 3a-3d pourraient comprendre une gaine entourant l'intérieur du guide, la lumière étant destinée à se propager à l'intérieur du guide par des réflexions totales successives sur une paroi interne de la gaine.
  • La section transversale de chaque guide 3a (3b-3d) (c'est-à-dire transversalement à l'axe optique du guide) a ici une forme de parallélogramme, et plus précisément de rectangle. Toutefois, la section transversale des guides pourrait être de forme quelconque. Elle pourrait par exemple comprendre des côtés courbés. En toute hypothèse, elle est adaptée pour produire une forme souhaitée de faisceau lumineux en sortie de module optique.
  • Les sorties 31 a-31 d des guides, ici rectangulaires, constituent des sources de lumière secondaires destinées à produire des faisceaux lumineux respectifs en sortie de module optique. Ces faisceaux lumineux ont des formes globalement rectangulaires en section transversale (c'est-à-dire transversalement à l'axe optique 6).
  • Les axes respectifs des guides 3a-3d s'étendent horizontalement et orthogonalement au plan de coupe de la demi-sphère de la partie correctrice 4. Les N guides 3a-3d sont ici juxtaposés et forment une rangée horizontale. En variante, les guides pourraient être juxtaposés deux à deux le long d'une ligne quelconque, droite ou courbe. Ils pourraient par exemple être disposés en éventail.
  • La face d'entrée 30a (30b-30d) de chaque guide 3a (3b-3d) est ici plane et verticale. Elle est positionnée en regard (c'est-à-dire au droit) d'une source de lumière primaire 1a (1b-1d), la lumière émise par celle-ci étant destinée à pénétrer au moins partiellement dans le guide associé 3a (3b-3d) par cette face d'entrée 30a (30b-30d). Pour chaque paire de source de lumière 1 a (1 b-1d) et de guide associé 3a (3b-3d), la distance entre un plan de sortie de la source de lumière 1a (1b-1d) et la face d'entrée du guide associé 3a (3b-3d) est comprise entre 0,1 millimètres et 1 millimètre.
  • Les faces supérieures 34a-34d des guides sont ici planes et s'étendent dans un même plan horizontal.
  • La figure 4 représente les segments lumineux 7a-7d respectivement produits par les sources de lumière secondaires 31a-31d des guides 3a-3d, en sortie du module optique, sur un mur situé à environ 25 mètres devant l'élément de projection 5.
  • En référence à la figure 3 qui représente une vue latérale selon la direction XX' du module optique de la figure 1, les faces inférieures 35a-35d des guides 3a-3d sont des faces d'étalement conformées de manière à élargir la section transversale du guide 3a (3b-3d), de façon continue, depuis sa face d'entrée jusqu'à sa face de sortie, chaque guide 3a (3b-3d) s'évasant en bas depuis son entrée vers sa sortie. Les faces inférieures 35a-35d sont ici courbes et ont une forme évasée. En variante, elles pourraient être planes et inclinées par rapport à l'axe longitudinal du guide. L'évasement inférieur, ou bas, de chaque guide 3a (3b-3d) permet un étalement vertical vers le bas de la source de lumière secondaire 31 a (31b-31d) à la sortie du guide, ce qui correspond à un étalement vers le haut du segment lumineux produit comme cela apparaît sur la figure 4. Grâce à la mise en forme du bas des guides 3a-3d, le haut de chaque segment lumineux 7b-7d est adouci, l'intensité lumineuse décroissant verticalement vers le haut de façon progressive.
  • En référence aux figures 1 et 2, la rangée de guides de lumière 3a-3d comprend un guide d'extrémité latéral gauche 3d et un guide d'extrémité latéral droit 3a, lorsqu'on observe le module optique dans la direction YY'. Le guide d'extrémité gauche 3d est destiné à produire un segment lumineux droit. A l'inverse, le guide d'extrémité droit 3a est destiné à produire un segment lumineux gauche.
  • En référence à la figure 2, le guide d'extrémité gauche 3d comprend une face latérale gauche 33d d'étalement conformée pour élargir latéralement, de façon continue, la section transversale du guide depuis sa face d'entrée jusqu'à sa sortie. La face latérale gauche 33D est ici courbe et s'évase depuis la face d'entrée 30d du guide 3d jusqu'à sa sortie 31 d. En variante, la face latérale 33d pourrait être plane et inclinée par rapport à l'axe optique du guide 3d. L'élargissement latéral du guide 3d permet un étalement latéral vers la gauche de la source de lumière secondaire 31d à la sortie du guide 3d, ce qui correspond ici à un étalement latéral vers la droite du segment lumineux produit 7d comme cela apparaît sur la figure 4. Grâce à la mise en forme du côté gauche du guide 3d, le bord droit du segment lumineux 7d est adouci, l'intensité lumineuse décroissant latéralement vers la droite de façon progressive.
  • On soulignera que le module optique représenté sur les figures 1 à 3 est destiné à équiper un projecteur droit de véhicule automobile. Le module optique destiné à un projecteur gauche de véhicule automobile comprend un guide de lumière 3a d'extrémité droite présentant une face latérale droite évasée analogue à la face latérale gauche 31d du guide 3d de la figure 2.
  • Le rôle de la partie correctrice 4, en coopération avec les guides de lumière 1 a-1 d, est double.
  • Elle permet d'une part d'améliorer l'efficacité optique du module optique. L'entrée des guides 3a-3d a pour effet de réduire l'ouverture des rayons lumineux émis par les sources primaires 1a-1d, les rayons pénétrant dans les guides 3a-3d étant rabattus par les lois de la réfraction. En outre, à l'interface entre chaque guide de lumière 3a (3b-3d) et la partie correctrice 4, les rayons lumineux ne sont pas déviés en raison de la connexion entre les guides 3a-3d et la partie correctrice 4. Grâce à cela, l'ouverture réduite des rayons est conservée. Enfin, les rayons lumineux sortant de la partie correctrice 4 par la face de sortie 41 ne sont pas ou peu déviés grâce à la forme de dôme sphéroïdal de la face de sortie 41. En effet, la partie correctrice demi-sphérique 4 étant centrée sur la sortie de l'un des guides, ici le guide 3b, un rayon provenant du plan de sortie de ce guide 3b au niveau de l'axe optique 6 est normal ou quasiment normal à la face de sortie 41 et n'est par conséquent pas dévié à l'interface entre la partie correctrice 4 et l'air environnant. Un rayon provenant d'une zone écartée de l'axe optique 6 est rabattu vers cet axe optique 6. La réfraction à l'interface entre la partie correctrice 4 et le milieu environnant (air) est en quelque sorte « compensée » par la forme sphérique, ou sensiblement sphérique, de la face de sortie 41.
  • La partie correctrice 4 permet d'autre part de corriger les aberrations de champ du système optique et d'assurer ainsi une imagerie de bonne qualité, comme cela sera davantage explicité plus loin.
  • L'élément de projection 5 est ici une lentille optique convergente ayant l'axe 6 pour axe optique. La distance séparant la partie correctrice 4 et l'élément optique de projection 5 est strictement supérieure à zéro et adaptée pour que le plan dans lequel s'étendent les sorties des guides 31 a-31 d coïncide avec le plan focal objet de la lentille de projection 5. Grâce à cela, le module optique est adapté pour créer une image à l'infini des sources de lumière secondaires 31a-31d formées aux extrémités de sortie des guides 3a-3d.
  • En fonctionnement, les rayons lumineux émis par une source de lumière 1a (1b-1d) pénètrent, au moins partiellement, dans le guide associé 3a (3b-3d) par sa face d'entrée 30a (30b-30d). Ces rayons sont canalisés dans le guide 3a (3b-3d) par des réflexions totales successives et se propagent à l'intérieur du guide 3a (3b-3d) depuis sa face d'entrée 30a (30b-30d) jusqu'à sa sortie 31a (31b-31d) comme représenté sur la figure 5. Comme précédemment explicité, chaque guide de lumière 3a (3b-3d) a pour effet de :
    • réduire l'ouverture des rayons pénétrant dans le guide et
    • mettre en forme le faisceau lumineux destiné à sortir du module optique de manière à concentrer la lumière dans une zone de portée (c'est-à-dire une zone destinée à éclairer de façon importante) et à l'étaler en dehors de cette zone de portée et
    • s'affranchir des erreurs de positionnement des sources de lumière primaires.
  • Un rayon lumineux émis par l'une des sources de lumière 1a (1b-1d) et ayant une ouverture α par rapport à l'axe optique du guide associé 3a (3b-3d) est rabattu, à l'entrée dans le guide, par les lois de la réfraction en arcsin 1 n . sin ∝ ,
    Figure imgb0001
     où n représente l'indice de réfraction à l'intérieur du guide 3a (3b-3d).
  • A l'interface entre la sortie 31a (31b-31d) du guide 3a (3b-3d) et l'entrée 40 de la partie correctrice 4, les rayons sortant du guide 3a (3b-3d) ne sont pas déviés. L'ouverture réduite des rayons est ainsi conservée.
  • Les rayons traversent ensuite la partie correctrice 4 en lignes droites et sortent par la face de sortie 41 en se propageant vers l'avant, vers l'élément de projection 5. Les figures 7 et 8 représentent respectivement, en vue de dessus, le trajet d'un faisceau lumineux sortant du guide 3b situé sensiblement sur l'axe optique 6 et le trajet d'un faisceau lumineux sortant du guide 3c situé hors de l'axe optique 6. Par souci de clarté, les guides ne sont pas représentés sur ces figures 7 et 8.
  • En référence à la figure 7, les rayons 8b émis par la sortie 31 b du guide 3b située sensiblement sur l'axe optique 6 ne sont quasiment pas déviés à l'interface entre la partie correctrice 4 et le milieu environnant (air), lorsqu'ils traversent la face de sortie 41, grâce à la forme sphérique de l'interface.
  • En référence à la figure 8, les rayons 8c émis par la sortie 31 c du guide 3c situé hors de l'axe optique 6 sont légèrement rabattus vers l'axe optique 6 à l'interface entre la partie correctrice 4 et l'air environnant, lorsqu'ils traversent la face de sortie 41.
  • La partie correctrice 4 permet de réduire l'inclinaison des rayons lorsqu'ils impactent la lentille de projection 5, non seulement pour les rayons issus du guide 3b positionné au niveau du centre sphérique, mais également pour les rayons issus des guides excentrés qui subissent une légère déviation à la sortie de la partie correctrice 4. Ainsi, la partie correctrice 4 diminue les aberrations optiques.
  • La forme de portion de boule de la partie correctrice 4 améliore l'imagerie dans le champ. On peut ainsi générer plusieurs segments lumineux, avec une bonne imagerie, à l'aide d'un même élément optique primaire 2 et à partir de différents guides de lumière 3a-3d positionnés sur ou en dehors de l'axe optique 6. La demi-boule 4, en modifiant légèrement l'orientation des rayons émis par les sorties de guide 31 a, 31 c et 31 d qui sont décalées par rapport à l'axe optique 6, à l'interface de sortie 41, a un effet correcteur de champ.
  • Les faisceaux lumineux émis par les sorties 31a-31d des guides 3a-3d, après avoir traversé l'élément optique correcteur 4, se propagent vers l'élément optique de projection 5 et traversent celui-ci. Les sorties 31a-31d étant positionnées dans le plan focal objet de l'élément de projection 5, les faisceaux sortant de l'élément de projection 5 sont des faisceaux de rayons parallèles formant des segments lumineux de forme globalement rectangulaire.
  • En référence à la figure 4, les segments lumineux 7a-7c produits par les sorties 31a-31c des guides 3a-3c ont des formes de rectangles verticaux et présentent dans leur partie haute un étalement de la lumière induit par l'évasement bas des guides 3a-3c. Le segment lumineux 7d présente un double étalement de la lumière : un étalement haut de la lumière induit par l'évasement bas du guide 3d et un étalement latéral droit induit par l'évasement latéral gauche du guide 3d. Dans les zones d'étalement de la lumière, l'intensité lumineuse diminue progressivement.
  • On soulignera ici que le module optique de l'invention a une excellente efficacité optique. Les flux lumineux émis par les sources subissent peu de perte et sont récupérés en grande partie en sortie du module pour créer des faisceaux lumineux aptes à former des segments lumineux.
  • En outre, le module optique peut produire des segments lumineux dont les formes sont parfaitement contrôlées. En particulier, les frontières verticales des segments lumineux ont une forme et une netteté bien maîtrisées. On pourrait ajouter des motifs de type « modulations » ou « microstructures » aux surfaces de l'élément de projection 5 pour ajouter volontairement un flou de coupure contrôlé.
  • En référence aux figures 9 et 10, on va maintenant décrire une deuxième forme de réalisation des guides de lumière 3a-3d. Seuls les éléments qui diffèrent de la première forme de réalisation sont décrits ci-après.
  • Sur la figure 9, on a représenté une vue latérale, selon la direction XX', du guide de lumière 3a. La figure 9' représente une vue en perspective des guides 3a-3d selon cette forme de réalisation. La face supérieure 34a du guide 3a est une surface courbe ayant globalement une forme de portion cylindrique. Cela a pour effet de concentrer l'intensité lumineuse dans la partie haute du faisceau sortant du guide 3a, ce qui correspond à une zone (dite « zone de portée ») située dans le bas du faisceau lumineux produit en sortie du module optique. En référence à la figure 10, la forme de la face supérieure 34a est adaptée pour conjuguer optiquement le point A, situé dans l'air et correspondant à un point d'émission de lumière de la source 1a, et le point B, situé dans la matière du guide 3a, à la sortie 31a du guide. La forme spécifique de la surface 34a peut être calculée en appliquant le théorème de Fermat pour maintenir le chemin optique constant entre les points A et B. Ainsi, une modification de la forme de la face d'entrée 30, en particulier de sa portion supérieure 300a, entraîne une modification de la forme de la face supérieure 34a.
  • En référence à la figure 10, la face d'entrée 30a du guide 3a s'étend partiellement dans un plan incliné par rapport à la verticale d'un angle θ, compris entre 0° et 45°, de préférence entre 10° et 30°. En outre, la face d'entrée 30a présente une portion supérieure légèrement convexe 300a et une portion inférieure légèrement concave 301 a. La portion supérieure convexe 300a a pour effet de contribuer à concentrer l'intensité lumineuse dans la zone de portée du segment lumineux produit. La portion inférieure concave 301a a pour effet de contribuer à étaler la lumière vers le bas du guide 3a et, par conséquent, dans la partie supérieure du segment lumineux produit 7a.
  • Les sources de lumière 1a-1d sont montées sur un support incliné du même angle θ par rapport à la verticale, en regard des faces d'entrée 30a-30d.
  • La face inférieure 35a du guide est ici plane et inclinée vers le bas de manière à élargir de façon continue la section transversale du guide 3a de son entrée 30a jusqu'à sa sortie 31 a. Ainsi, l'étalement des rayons générés par la portion concave 301a n'est pas contrarié, ces rayons pouvant se propager sans interception.
  • Sur les figures 9 et 10, on a représenté le guide de lumière 3a. Les autres guides 3b-3d sont analogues, à la seule différence que le guide 3d présente une face latérale gauche analogue à celle de la première forme de réalisation telle que représentée sur la figure 2.
  • Dans les deux premières formes de réalisation décrites, la partie correctrice 4 a une forme de demi-boule ou de demi-sphère. D'autres formes de réalisation sont envisageables.
  • Notamment, dans une troisième forme de réalisation, la partie correctrice 4 a une forme de demi-boule légèrement déformée, comme représenté sur les figures 11 et 12.
  • La figure 11 représente une vue de profil selon la direction XX' du module optique 2. La partie correctrice 4 comporte une partie inférieure 42 et une partie supérieure 43, séparées par un plan horizontal Ph représenté par une ligne en pointillés sur la figure 11. Dans la partie inférieure 42, le rayon de courbure de la face de sortie 41 diminue progressivement vers le bas, à partir du plan Ph, afin de rabattre progressivement les rayons vers l'axe optique 6, comme représenté sur la figure 11. Cela équivaut à étaler progressivement les rayons dans le plan de sortie des guides. Les rayons étalés dans le bas du plan de sortie des guides ont pour effet d'étaler le haut du faisceau lumineux en sortie du module optique. On évite ainsi un effet diaphragme par le bas de la lentille de projection 5 qui produirait par occultation une coupure brutale du haut du faisceau lumineux.
  • La figure 12 représente une vue de dessus selon la direction ZZ' du module optique 2. La partie correctrice 4 comprend une partie latérale gauche 44 et une partie latérale droite 45, séparées par un plan vertical Pv, lorsqu'on observe le module 2 dans la direction YY'. Dans la partie latérale gauche 44, le rayon de courbure de la face de sortie 41 de la partie correctrice 4 diminue progressivement depuis le plan Pv vers la gauche. Cela équivaut à étaler progressivement les rayons dans le plan de sortie des guides. Les rayons étalés dans la partie gauche du plan de sortie des guides ont pour effet d'étaler la partie droite du faisceau lumineux en sortie du module optique. On évite ainsi un effet diaphragme par le côté gauche de la lentille de projection 5 qui produirait par occultation une coupure brutale du haut du faisceau lumineux.
  • Dans une quatrième forme de réalisation, la partie correctrice 4 comporte une face avant de sortie 41 ayant une forme de calotte sphérique (c'est-à-dire une portion de sphère coupée par un plan autre que médian), reliée au plan de sortie des guides 3a-3d par une partie arrière de forme conique, cylindrique ou autre. L'arrière de la partie correctrice 4 est relié aux sorties des guides, situées dans le plan focal objet de la lentille de projection 5, et comprend en outre, en dehors des zones de connexion aux guides, une interface matière-air optiquement inactive. Cette interface matière-air doit être conformée pour ne pas être impactée par des rayons lumineux sortant des guides optiques 3a-3d. La partie d'interface avec l'air de l'arrière de la partie correctrice 4 peut être adaptée et conformée pour faire fonction de zone d'attache mécanique.
  • D'autres variantes de réalisation sont envisageables. En particulier, les différentes caractéristiques relatives aux formes des faces des guides et à la forme de la partie correctrice 4 peuvent être utilisées indépendamment l'une de l'autre ou de façon combinée pour la fabrication de modules optiques selon d'autres formes de réalisation.
  • Dans la description qui précède, l'élément optique de projection est une lentille. En variante, la lentille pourrait être remplacée par tout autre élément optique de projection, apte à créer à l'infini une image des sorties 31a-31d des guides. Cet élément de projection pourrait comprendre une ou plusieurs lentilles, ou un ou plusieurs miroirs réflecteurs, ou bien une combinaison de miroir(s) et de lentille(s).
  • Dans la description qui précède, l'élément de projection a pour effet d'inverser la sortie des guides :
    • le haut de la source de lumière secondaire à la sortie d'un guide correspond au bas du faisceau produit en sortie du module optique, et inversement ;
    • la zone droite de la source de lumière secondaire à la sortie d'un guide correspond à la zone gauche du faisceau produit en sortie du module optique, et inversement.
  • Dans une autre forme de réalisation, l'élément de projection n'a pas d'effet d'inversion. Dans ce cas, les formes des guides de lumière 3a-3d et de la partie correctrice 4 doivent être adaptées en fonction de la forme des faisceaux lumineux souhaités à la sortie du module optique.
  • L'invention concerne aussi un projecteur pour véhicule automobile intégrant un ou plusieurs modules optiques d'éclairage selon l'une quelconque des formes de réalisation décrites.

Claims (21)

  1. Elément optique primaire pour module d'éclairage de véhicule automobile, comprenant une pluralité de guides de lumière (3a-3d), caractérisé par le fait que les guides de lumière (3a-3d) sont reliés en sortie à une partie correctrice (4) comportant une face de sortie (41) au moins en partie en forme de dôme sensiblement sphérique, les guides de lumière (3a-3d) et la partie correctrice (4) formant une structure monobloc.
  2. Elément optique primaire selon la revendication 1, dans lequel les indices de réfraction respectifs des guides de lumière (3a-3d) et de la partie correctrice (4) sont sensiblement identiques.
  3. Elément optique primaire selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les guides de lumière (3a-3d) et la partie correctrice (4) sont fabriqués dans un même matériau.
  4. Elément optique primaire selon la revendication 3, dans lequel les guides de lumière (3a-3d) et la partie correctrice (4) sont issus d'un même polymère.
  5. Elément optique primaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la face de sortie (41) en forme de dôme sensiblement sphérique est centrée sensiblement à la sortie de l'un des guides de lumière (3b).
  6. Elément optique primaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie correctrice (4) a sensiblement la forme d'une demi-sphère.
  7. Elément optique primaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un guide de lumière (3a-3d) comporte une face (34a-34d), supérieure ou inférieure, ayant une forme de portion cylindrique.
  8. Elément optique primaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la face d'entrée (30a) d'au moins un guide de lumière (3a-3d) comporte une portion convexe (300a).
  9. Elément optique primaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la face d'entrée (30a) d'au moins un guide de lumière (3a-3d) comporte une portion concave (301 a).
  10. Elément optique primaire selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la face d'entrée (30a-30d) dudit guide de lumière (3a-3d) s'étend au moins partiellement dans un plan incliné par rapport à la verticale d'un angle compris entre 0° et 45°.
  11. Elément optique primaire selon la revendication 10, dans lequel ledit plan est incliné d'un angle compris entre 10° et 30°.
  12. Elément optique primaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un guide de lumière (3a-3d) comprend au moins une face d'étalement (35a-35d, 33d), ladite face d'étalement étant conformée de manière à élargir la section transversale du guide de sa face d'entrée jusqu'à sa sortie.
  13. Elément optique primaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les guides de lumière (3a-3d) étant juxtaposés deux à deux le long d'une ligne, l'un des deux guides d'extrémité de ladite ligne comprend une face latérale d'étalement (33d).
  14. Elément optique primaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une zone (42 ; 44) de la face de sortie (41) de la partie correctrice (4) a un rayon de courbure qui diminue progressivement.
  15. Elément optique primaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite zone (42 ; 44) de la face de sortie (41) est une zone latérale, inférieure ou supérieure.
  16. Ensemble optique comprenant l'élément optique primaire (2) selon l'une des revendications précédentes et une pluralité de sources de lumière (1a-1d), chaque source (1a-1d) étant associée à un unique guide (3a-3d).
  17. Ensemble selon la revendication 16, dans lequel les sources de lumière (1a-1d) sont montées sur un support s'étendant dans un plan incliné par rapport à la verticale d'un angle compris entre 0° et 45°.
  18. Ensemble selon l'une des revendications 16 et 17, dans lequel la distance entre une face d'entrée (30a-30d) d'un guide (3a-3d) et un plan de sortie de la source associée est comprise entre 0,1 millimètres et 1 millimètre.
  19. Module optique d'éclairage pour projecteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de sources de lumière (1a-1d), un élément optique primaire (2) selon l'une des revendications 1 à 15 et un élément optique de projection associé (5), les sorties (31a-31d) des guides (3a-3d) de l'élément optique primaire étant positionnées dans un plan focal objet de la lentille de projection (5).
  20. Module selon la revendication 19, dans lequel la distance entre l'élément optique primaire (2) et l'élément de projection (5) est strictement supérieure à zéro.
  21. Projecteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module optique selon la revendication 19 ou 20, notamment plusieurs modules optiques selon la revendication 19 ou 20.
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