EP2756223A1 - Module de projecteur lumineux de vehicule automobile pour eclairage de route - Google Patents

Module de projecteur lumineux de vehicule automobile pour eclairage de route

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Publication number
EP2756223A1
EP2756223A1 EP12758857.2A EP12758857A EP2756223A1 EP 2756223 A1 EP2756223 A1 EP 2756223A1 EP 12758857 A EP12758857 A EP 12758857A EP 2756223 A1 EP2756223 A1 EP 2756223A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lens
reflector
module
optical
light beam
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12758857.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Albou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Vision SAS
Original Assignee
Valeo Vision SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Vision SAS filed Critical Valeo Vision SAS
Publication of EP2756223A1 publication Critical patent/EP2756223A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/147—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being angled to the optical axis of the illuminating device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/151—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/26—Elongated lenses
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/285—Refractors, transparent cover plates, light guides or filters not provided in groups F21S41/24 - F21S41/2805
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S43/10—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
    • F21S43/13—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S43/15—Strips of light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/33—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle light projector module intended for road lighting, this module comprising a concave reflector, a light source disposed in the concavity of the reflector and a lens directly refracting the light rays reflected by the reflector. .
  • a lens generated according to this method has a torus shape, with a width greater than its height, which may be unsatisfactory for certain body styles.
  • the ensemble lens does not completely follow the style curve in the absence of a twisted shape reflecting the variation of this style curve according to the three spatial dimensions.
  • the present invention aims to overcome at least one of the problems mentioned above. This is why the invention relates to a light projector module for a motor vehicle, this module comprising a concave reflector, a light source disposed in the concavity of the reflector and an output lens. having a center line on its exit surface forming a left curve, characterized in that the exit lens and the reflector are arranged such that a light beam reflected by the reflector is directly refracted by the exit lens so as to generate a road lighting light beam
  • a light projector module can be manufactured with a limited number of optical elements, in particular reduced to a light source, a reflector and a lens.
  • the manufacturing cost of such a projector is reduced compared to a projector according to the prior art which requires additional elements, such as folders.
  • the invention makes it possible to manufacture modules provided with exit lenses which follow the shape of a left curve in three dimensions, unlike a lens according to the prior art which was manufactured by translation of the same vertical section.
  • the module is characterized in that the output lens and the reflector are arranged such that the light beam directly refracted by the lens forms a cylindrical wave surface.
  • the module is characterized in that the output lens and the reflector are arranged in such a way that the position of the axis of the cylindrical wave surface of the directly refracted light beam determines a height and an opening of said beam bright directly refracted.
  • the reflector and the lens form a system with a focus, the reflector being arranged so that for any given point of the reflector, the optical path to the axis of said cylindrical wave surface corresponding to a ray from said focus passing through that given point of the reflector and emerging at a point of the exit surface of the lens is constant.
  • the module is characterized in that the directly refracted light beam is a road-type beam, that is to say a beam intended to illuminate the road.
  • the module is characterized in that the output lens has a variable vertical section along the left curve.
  • the module is characterized in that the output lens has identical sections in different defined construction planes so that each construction plane, including a point M of the left curve, is perpendicular to a vector tangent to said left curve.
  • the module is characterized in that the reflector and the light source are arranged such that a light beam from the light source is directly reflected by the reflector towards the lens.
  • the invention also relates to an elementary optical lens capable of being used as an output lens of a module according to one of the preceding embodiments, said lens comprising an exit surface along a left median, sections of the lens at several points of this left median in planes perpendicular to the left median being superimposable by translational movement and / or rotation without deformation.
  • the elementary optical lens is characterized in that it forms a stigmatic optical system in the different planes perpendicular to the left median.
  • the elementary optical lens is characterized in that it has a spherical input surface of constant radius in the different planes perpendicular to the left median.
  • the invention also relates to a module according to one of the preceding embodiments, characterized in that the output lens is an elementary optical lens according to one of the preceding embodiments.
  • the beam from a module according to the invention can be used as a road beam, that is to say a beam for illuminating the path of a vehicle.
  • the invention also relates to an optical lens with portions formed by a plurality of elementary optical lenses in accordance with one of the preceding embodiments.
  • Such an overall lens, formed by output lenses according to the invention more closely follows the shapes desired by the stylists and has a twisted shape close to the left shape of the style curve.
  • the portioned optical lens comprises an overall output face:
  • the portioned optical lens has an overall exit surface that is continuous and smooth.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view of a front left outer edge face of a vehicle equipped with a light projector according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the optical system implemented by the light projector of FIG. 1;
  • FIGS. 3 to 7 are representative diagrams of geometrical relations to the surface of a lens or reflector being designed according to the invention.
  • FIGS. 8 to 1 1 are diagrams showing Isolux curves obtained from a projector according to an embodiment of the invention.
  • the elements that are identical or perform a similar function have the same reference in the different figures.
  • the front left end of a vehicle 100 provided with a light projector 102 has an overall lens 104 whose shape follows a left curve 106, that is to say say a curve varying in three dimensions relative to a fixed reference (O, x, y, z) relative to the vehicle, in particular defining the vertical (Oz).
  • a left curve 106 that is to say say a curve varying in three dimensions relative to a fixed reference (O, x, y, z) relative to the vehicle, in particular defining the vertical (Oz).
  • This left curve 106 is substantially parallel to a style curve 108 of the projector glass to be consistent with a style of the vehicle body.
  • the projector 102 is composed of three juxtaposed modules 210, it being understood that a projector 102 according to the invention is not limited to this number of modules juxtaposed.
  • a projector according to the invention can be formed by n modules 210, n being typically between 1 and 10 and in particular between 2 and 4.
  • Each module 210 comprises a light source 212 formed by at least one light-emitting diode intended to illuminate towards a reflector 214 so that the latter reflects light rays coming from this source 212 towards an exit lens 216.
  • the lens and the reflector are arranged such that a light beam reflected by the reflector is directly refracted by the lens, that is to say without being modified by a third optical element.
  • the number of optical elements to equip the projector 102 is limited to the light source, the reflector and the lens.
  • Output output lenses 216 are juxtaposed so as to form the assembly lens 104 having a continuous, smooth exit surface capable of generating the driving beam.
  • the design of each module 210 comprises two successive first steps using a local coordinate system imposed by the left curve 106, namely:
  • the left curve 106 of the lens which corresponds to a median line of the exit surface of the set lens 104, is modeled by a function M (u) such that the coordinates of a point M of the left curve 106 in the reference (O, x, y, z) fixed vis-à-vis the vehicle 100 is:
  • u is a parameter taken in any interval and M (u) is a doubly differentiable function.
  • the first and second derivatives of the function M (u) are required to construct the orthonormal local coordinate system, whose orientation at a point M follows the variations of the left curve at this point M, implemented for the design of The lens.
  • the determination of the shape of the lens in the local coordinate system takes into account the variations of the left curve in the three dimensions at each point M (u).
  • These first or second derivatives are written, for example for the horizontal coordinates XM (U) along the x axis, X'M (U) or X "M (U) with:
  • this function M (u) can be obtained by modeling the left curve by a polynomial function, for example according to Bezier curves, using of a plurality of points M whose coordinates are empirically recorded.
  • a local coordinate system and the edges of the exit lens 216 are determined using a vector tangent to the left curve M (u). this point M such that:
  • the vector defines the first axis of the local coordinate system according to the following vector product:
  • the vector is perpendicular, on the one hand, to the vertical axis z of the fixed reference and, on the other hand, to the tangent vector
  • the vector defines the second axis of the local coordinate system according to the following vector product:
  • the exit lens 216 is then defined as
  • a stigmatic optical axis lens having a spherical entry surface
  • the calculation of the shape of the lens is then performed according to a parameter for scanning the surface of the lens, such as the impact height h on the input face.
  • Second step relating to the reflector design Second step relating to the reflector design:
  • the emerging beam of the optical system formed by the reflector and the lens has the shape of a cylindrical wave surface of vertical axis C (z) whose coordinates are :
  • a modification of the position of this axis C (z) with respect to the exit surface of the lens makes it possible to modify the spreading, or the opening, of the beam and its mean horizontal direction.
  • FIGS. 8, 9 and 10 represent Isolux curves representing the spatial distribution of the light intensity levels of a beam generated by different modules having different openings and average horizontal directions thus obtained.
  • LP 0 is defined as the middle of the segment [LP1; LP2], this segment modeling the left curve for the calculation.
  • the considered building radii diverge from or converge towards the axis of the cylinder of the wave surface (for the real rays, respectively convergent or diverging).
  • This normal vector can be calculated using the properties of the lens section and functions. With reference to Figure 4, it appears
  • intersection of the refracted ray (P, ⁇ ) with the input face of the lens is then determined in two steps by means of the coordinates of ⁇ established in the local coordinate system. More precisely:
  • the vector (MI) is perpendicular to the left curve so that:
  • ⁇ does not exist as a result of total internal reflection. In this case, it is nevertheless possible to calculate a hypothetical emerging radius, in the limiting direction, in order to complete the mesh of the reflector and to be able to import it more easily in computer-aided design (CAD).
  • CAD computer-aided design
  • the present invention is capable of numerous variants, for example relating to the light source and its lighting direction.
  • the size of the housing of the projector 102 is limited due to automotive manufacturing requirements.
  • the light source is relatively close to the ice which may be subjected to too much heating, especially with a transparent plastic ice and a halogen-type light source.
  • the light source is a light emitting diode but other light sources could be implemented.
  • the light source radiates towards a reflector located in a plane below the source, but in other variants, the reflector may be located at different positions with respect to the source.
  • the method of construction indicated above teaches that the relative position of the source and the reflector depend on the position of the focus F with respect to the lens. For example, if the focus F is located above the lens in front view, the reflector is below the focus F while, if the focus F is located below the lens in front view, the reflector is found above F.
  • Figure 12 shows the assembly lens 104 of Figure 2, seen from another angle. It is observed that this lens 104 has a curved shape according to different curvatures. Its shape follows a left curve 106. Behind it, there is a set of three reflectors 214 associated with 3 LEDs 212. In this figure are shown two identical sections 104a and 104b (dashed alternating a short line and a long line). These are identical sections in different construction planes defined so that each construction plane, including a point M of the left curve 106, is perpendicular to a vector tangent to said left curve

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un module (210) de projecteur lumineux (102) pour véhicule automobile, ce module (210) comprenant un réflecteur concave (214), une source lumineuse (212) disposée dans la concavité du réflecteur (214) et une lentille de sortie (216) présentant une ligne médiane sur sa surface de sortie formant une courbe gauche (106), caractérisé en ce que la lentille de sortie (216) et le réflecteur (214) sont agencés de telle sorte qu'un faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur (214) est directement réfracté par la lentille de sortie (216) de façon à générer un faisceau lumineux d'éclairage de route.

Description

MODULE DE PROJECTEUR LUMINEUX DE VEHICULE AUTOMOBILE
POUR ECLAIRAGE DE ROUTE
L'invention est relative à un module de projecteur lumineux de véhicule automobile destiné à l'éclairage de route, ce module comportant un réflecteur concave, une source lumineuse disposée dans la concavité du réflecteur et une lentille réfractant directement les rayons lumineux réfléchis par le réflecteur.
L'évolution du style des véhicules conduit à des projecteurs ayant des boîtiers munis de glaces dont la surface admet une courbe gauche, variant selon trois dimensions, dénommée par la suite ligne moyenne ou médiane. Il est alors souhaitable, en particulier pour le style, que la lentille du projecteur, disposée dans le boîtier derrière une telle glace, suive autant que possible la courbe gauche de la glace.
La demande de brevet EP 1936260, de la société VALEO VISION, publiée le 25 Juin 2008, montre un procédé de fabrication de modules d'éclairage de ce type qui permettent, par juxtaposition des extrémités des lentilles de sortie, de réaliser un projecteur dont la surface d'ensemble de sortie, continue et lisse, suit une courbe gauche comme médiane ou ligne moyenne. En d'autres termes, la ligne moyenne des lentilles de ces projecteurs s'étend suivant trois dimensions.
Toutefois ce procédé de détermination de la forme des lentilles de sortie, qui forment une lentille d'ensemble pour le projecteur lorsqu'elles sont juxtaposées, est limité en ce qu'il impose que chaque lentille de sortie présente une même coupe selon le plan vertical.
Notamment une lentille générée selon ce procédé présente une forme de tore, avec une largeur supérieure à sa hauteur, qui peut être insatisfaisante pour certains styles de carrosserie.
En d'autres termes, la lentille d'ensemble ne suit pas complètement la courbe de style en l'absence d'une forme torsadée traduisant la variation de cette courbe de style selon les trois dimensions spatiales.
De plus les modules d'éclairage décrits dans la demande EP1936260 requièrent de nombreux éléments optiques, notamment des plieuses, qui rendent relativement coûteuses leurs fabrications.
Finalement un tel procédé est limité à la mise en œuvre de feux de code, générant un faisceau coupé horizontalement grâce à un système optique stigmatique.
La présente invention vise à pallier au moins un des problèmes mentionnés ci- dessus. C'est pourquoi l'invention concerne un module de projecteur lumineux pour véhicule automobile, ce module comprenant un réflecteur concave, une source lumineuse disposée dans la concavité du réflecteur et une lentille de sortie présentant une ligne médiane sur sa surface de sortie formant une courbe gauche, caractérisé en ce que la lentille de sortie et le réflecteur sont agencés de telle sorte qu'un faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur est directement réfracté par la lentille de sortie de façon à générer un faisceau lumineux d'éclairage de route
Grâce à l'invention, un module de projecteur lumineux peut être fabriqué avec un nombre limité d'éléments optiques, notamment réduit à une source lumineuse, un réflecteur et une lentille. Ainsi, le coût de fabrication d'un tel projecteur est réduit par rapport à un projecteur selon l'art antérieur qui requiert des éléments supplémentaires, comme des plieuses.
De plus l'invention permet de fabriquer des modules pourvus de lentilles de sortie qui suivent la forme d'une courbe gauche selon ses trois dimensions, contrairement à une lentille selon l'art antérieur qui était fabriquée par translation d'une même section verticale.
Dans une réalisation, le module est caractérisé en ce que la lentille de sortie et le réflecteur sont agencés de telle sorte que le faisceau lumineux directement réfracté par la lentille forme une surface d'onde cylindrique.
Selon une réalisation, le module est caractérisé en ce que la lentille de sortie et le réflecteur sont agencés de telle sorte que la position de l'axe de la surface d'onde cylindrique du faisceau lumineux directement réfracté détermine une hauteur et une ouverture dudit faisceau lumineux directement réfracté.
Selon une réalisation, le réflecteur et la lentille forment un système avec un foyer, le réflecteur étant agencé de manière à ce que pour tout point donné du réflecteur, le chemin optique jusqu'à l'axe de ladite surface d'onde cylindrique correspondant à un rayon issu dudit foyer passant par ce point donné du réflecteur puis émergeant en un point de la surface de sortie de la lentille, soit constant.
Dans une réalisation, le module est caractérisé en ce que le faisceau lumineux directement réfracté est un faisceau du type route, c'est-à-dire un faisceau destiné à éclairer la route.
Selon une réalisation, le module est caractérisé en ce que la lentille de sortie présente une section verticale variable le long de la courbe gauche.
Dans une réalisation, le module est caractérisé en ce que la lentille de sortie présente des sections identiques dans différents plans de construction définis de telle sorte que chaque plan de construction, comprenant un point M de la courbe gauche, est perpendiculaire à un vecteur tangent à ladite courbe gauche.
Selon une réalisation, le module est caractérisé en ce que le réflecteur et la source lumineuse sont agencés de telle sorte qu'un faisceau de lumière issu de la source lumineuse est directement réfléchi par le réflecteur vers la lentille.
L'invention concerne également une lentille optique élémentaire apte à être utilisée comme lentille de sortie d'un module selon l'une des réalisations précédentes, ladite lentille comprenant une surface de sortie suivant une médiane gauche, des coupes de la lentille en plusieurs points de cette médiane gauche selon des plans perpendiculaires à la médiane gauche étant superposables par mouvement de translation et/ou de rotation sans déformation.
Dans une réalisation, la lentille optique élémentaire est caractérisée en ce qu'elle forme un système optique stigmatique dans les différents plans perpendiculaires à la médiane gauche.
Selon une réalisation, la lentille optique élémentaire est caractérisée en ce qu'elle présente une surface d'entrée sphérique de rayon constant dans les différents plans perpendiculaires à la médiane gauche.
L'invention concerne également un module selon l'une des réalisations précédentes caractérisé en ce que la lentille de sortie est une lentille optique élémentaire selon l'une des réalisations précédentes.
Ainsi, le faisceau issu d'un module conforme à l'invention peut être utilisé comme faisceau route, c'est-à-dire un faisceau destiné à éclairer la voie d'un véhicule.
L'invention concerne également une lentille optique à portions formées par plusieurs lentilles optiques élémentaires conformes à l'une des réalisations précédentes. Une telle lentille d'ensemble, formée par des lentilles de sorties selon l'invention, suit de plus près les formes souhaitées par les stylistes et présente une forme torsadée proche de la forme gauche de la courbe de style.
Dans une réalisation, la lentille optique à portions comprend une face de sortie d'ensemble:
- formée par des faces de sortie de différentes lentilles optiques élémentaires;
- comprenant une courbe médiane d'ensemble formée par les courbes médianes des différentes lentilles élémentaires.
Selon une réalisation, la lentille optique à portions présente une surface de sortie d'ensemble est continue et lisse.
D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'une réalisation de l'invention effectuée ci-dessous, à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures ci-jointes sur lesquelles:
- La figure 1 est une vue schématique de face de bord extérieur avant gauche d'un véhicule muni d'un projecteur lumineux selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective du système optique mis en œuvre par le projecteur lumineux de la figure 1 ,
- Les figures 3 à 7 sont des diagrammes représentatifs de relations géométriques à la surface d'une lentille ou d'un réflecteur en cours de conception selon l'invention, et
- les figures 8 à 1 1 sont des diagrammes représentant des courbes Isolux obtenues à partir d'un projecteur conforme à une réalisation de l'invention. Dans la description ci-dessous, les éléments identiques ou effectuant une fonction similaire portent la même référence sur les différentes figures.
En référence à la figure 1 , l'extrémité avant gauche d'un véhicule 100 muni d'un projecteur lumineux 102 selon l'invention présente une lentille 104 d'ensemble dont la forme suit une courbe gauche 106, c'est-à-dire une courbe variant selon ses trois dimensions par rapport à un repère (O, x, y, z) fixe par rapport au véhicule, notamment définissant la verticale (Oz).
Cette courbe gauche 106 est sensiblement parallèle à une courbe de style 108 de la glace du projecteur afin d'être cohérente avec un style de la carrosserie du véhicule. En référence à la figure 2, le projecteur 102 est composé de trois modules 210 juxtaposés, étant entendu qu'un projecteur 102 conforme à l'invention ne se limite pas à ce nombre de module juxtaposés. En d'autres termes, un projecteur conforme à l'invention peut être formé par n modules 210, n étant typiquement compris entre 1 et 10 et en particulier entre 2 et 4.
Chaque module 210 comprend une source lumineuse 212 formée par au moins une diode électroluminescente destinée à éclairer vers un réflecteur 214 afin que ce dernier réfléchisse des rayons lumineux issus de cette source 212 vers une lentille de sortie 216.
La lentille et le réflecteur sont agencés de telle sorte qu'un faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur est directement réfracté par la lentille, c'est-à-dire sans être modifié par un élément optique tiers. Ainsi, le nombre d'éléments optiques devant équiper le projecteur 102 est limité à la source lumineuse, au réflecteur et à la lentille.
Les lentilles de sortie 216 de sortie sont juxtaposées de façon à former la lentille d'ensemble 104 présentant une surface de sortie, continue et lisse, apte à générer le faisceau de route. A cet effet, la conception de chaque module 210 comprend deux premières étapes successives à l'aide d'un repère locale imposé par la courbe gauche 106, à savoir:
- une première étape de conception de chaque lentille de sortie 216, et
- une deuxième étape de conception du réflecteur 214 à partir de la lentille de sortie 216 obtenue à la première étape.
Ces deux étapes sont détaillées ci-dessous à l'aide des expressions « avant » ou « amont et « arrière » ou « aval », qui sont à comprendre suivant le sens de propagation du faisceau de lumière émis par la source lumineuse 212, réfléchi par le réflecteur 214 puis réfracté par la lentille de sortie 216. De plus, dans ces deux étapes, la courbe gauche 106 de la lentille, qui correspond à une ligne médiane de la surface de sortie de la lentille d'ensemble 104, est modélisée par une fonction M(u) telle que les coordonnées d'un point M de la courbe gauche 106 dans le repère (O, x, y, z) fixe vis-à-vis du véhicule 100 est :
Où u est un paramètre pris dans un intervalle quelconque et M(u) est une fonction doublement dérivable.
De fait les dérivées première et seconde de la fonction M(u) sont requises pour construire le repère local orthonormé, dont l'orientation en un point M suit les variations de la courbe gauche en ce point M, mis en œuvre pour la conception de la lentille.
Ainsi la détermination de la forme de la lentille dans le repère local prend en compte les variations de la courbe gauche dans les trois dimensions en chaque point M(u). Ces dérivées première ou seconde s'écrivent, par exemple pour les coordonnées horizontales XM(U) selon l'axe x, X'M(U) OU X"M(U) avec :
En l'absence d'une fonction connue M(u) pour définir une courbe gauche, cette fonction M(u) peut être obtenue en modélisant la courbe gauche par une fonction polynomiale, par exemple selon des courbes de Bézier, à l'aide d'une pluralité de points M dont les coordonnées sont relevées empiriquement.
Première étape relative à la conception de la lentille:
Pour une valeur donnée du paramètre u et, de façon corollaire, pour un point M, on détermine un repère local et les bords de la lentille 216 de sortie à l'aide d'un vecteur tangent à la courbe gauche M(u) en ce point M tel que:
De telle sorte que ses coordonnées s'écrivent:
A partir d'un tel vecteur tangent il est possible de déterminer le repère orthonormé
local, situé en M(u), comprenant ledit vecteur tangent et des vecteurs tels
que:
- le vecteur définit le premier axe du repère local selon le produit vectoriel suivant:
De telle sorte que ses coordonnées s'écrivent:
Le vecteur est perpendiculaire, d'une part, à l'axe verticale z du repère fixe et, d'autre part, au vecteur tangent
- le vecteur définit le deuxième axe du repère local selon le produit vectoriel suivant :
De telle sorte que ses coordonnées s'écrivent:
Dans le repère local , la lentille de sortie 216 est alors définie comme
une lentille stigmatique d'axe optique , présentant une surface d'entrée sphérique
de rayon f?,, de sommet M(u), d'épaisseur au centre E, de tirage T et de matériau d'indice n, ces paramètres Ri, E, n, et T étant indépendants de u.
Le calcul de la forme de la lentille est alors effectué en fonction d'un paramètre permettant de balayer la surface de la lentille, comme la hauteur d'impact h sur la face d'entrée.
En référence à la figure 3 et en considérant un rayon issu du foyer F, ces conditions et les relations géométriques entre les faisceaux incident(s), réfracté(s) ou réfléchi(s) se traduisent par les égalités suivantes :
En considérant la longueur d'un rayon réfléchi dans la lentille comme un paramètre de calcul, il apparaît qu'un déplacement dh selon l'axe défini par le vecteur V ou dx selon l'axe défini par le vecteur se traduit par : En écrivant l'égalité de deux chemins optiques entre deux faisceaux :
Où dist(P,(M,V)) est la distance du point P à une droite passant par le point M et colinéaire au vecteur , on obtient alors une équation paramétrique en (u,h) des faces d'entrée et de sortie de la lentille :
D'où :
A partir de cette dernière équation, il est possible de définir l, puis dh et dx, en fonction de h et de E. Dès lors, les coordonnées d'un point P de la lentille, et par conséquent le profil de cette dernière, sont obtenues par l'équation suivante :
Deuxième étape relative à la conception du réflecteur:
Dans l'hypothèse d'une source ponctuelle placée au point F, le faisceau émergeant du système optique formé par le réflecteur et la lentille présente la forme d'une surface d'onde cylindrique d'axe vertical C(z) dont les coordonnées sont:
Une modification de la position de cet axe C(z) par rapport à la surface de sortie de la lentille permet de modifier l'étalement, ou l'ouverture, du faisceau et sa direction horizontale moyenne.
A titre d'exemple les figures 8, 9 et 10 représentent des courbes Isolux représentant la répartition spatiale des niveaux d'intensité lumineuse d'un faisceau généré par différents modules présentant différentes ouvertures et directions horizontales moyennes ainsi obtenues.
Grâce à de tels modules, il est alors possible d'obtenir un faisceau de route combinant les propriétés de ces différents modules à partir d'un projecteur formé par ces trois modules (figure 1 1 ).
Pour déterminer un module, on considère deux points LP1 et LP2 de la courbe gauche délimitant la lentille 216 comme montré sur la figure 6. Pour une direction moyenne Hdev et une ouverture horizontale Houv du faisceau, il apparaît que :
Où LP0 est défini comme le milieu du segment [LP1 ; LP2], ce segment modélisant la courbe gauche pour le calcul.
Lorsque la direction Hdev et l'ouverture horizontale Houv sont fixées, la position de l'axe C(z) est donc déterminée et la forme du réflecteur peut être également fixée. On considère alors le chemin inverse du faisceau émis représenté par un rayon normal à la surface d'onde de sortie qui rencontre la face de sortie de la lentille au point P(u,h) (figure 7).
Dans ce cas, les coordonnées du vecteur sont :
La fonction signe intervient car, en fonction de la position de l'axe C(z) en
avant/amont de la lentille, les rayons de construction considérés divergent depuis ou convergent vers l'axe du cylindre de la surface d'onde (pour les rayons réels, respectivement convergent ou divergent).
Le produit vectoriel des vecteurs dérivés du point P(u,h) par rapport à u et par rapport à h génère un vecteur orthogonal à la surface de la lentille:
Ce vecteur normal peut être calculé en utilisant les propriétés de la section de la lentille et les fonctions . En référence à la figure 4, il apparaît
ainsi que :
d'où:
Cette équation permet donc de déterminer l'angle η en fonction de la hauteur h. On peut alors calculer les vecteurs dérivés de la courbe gauche P(u,h) par rapport à u et par rapport à h, notamment en considérant l'angle Θ défini comme :
II vient alors:
Cette équation pouvant être développée à l'aide des vecteurs en considérant l'écriture de leurs dérivés selon les formules suivantes:
A partir des lois de Descartes, il est alors possible de déterminer la direction, selon un vecteur μ , du rayon réfracté en P à partir d'un rayon incident dont la direction est donnée par le vecteur j précédemment déterminé.
L'intersection du rayon réfracté (P, μ ) avec la face d'entrée de la lentille est alors déterminée en deux étapes au moyen des coordonnées de μ établies dans le repère local. Plus précisément:
De telle sorte que:
Dans un premier temps, on considère l'intersection recherchée comme un point i(u',h') situé à une distance λ de P, dans le plan perpendiculaire à la courbe de style en M(u'), ce qui permet d'établir une fonction
De telle sorte que
Pour un point u correspondant à la section de la face d'entrée contenant i(u',h'), le vecteur (MI) est perpendiculaire à la courbe gauche de telle sorte que :
et que
c'est à dire
Ce qui permet de déterminer le paramètre
Dans un deuxième temps, dans le repère de construction en u', on considère que appartient au cercle de rayon R, et de centre situé en E-R, sur l'axe , ce qui permet de déterminer successivement
Dans le repère local, les coordonnées de sont: Dès lors, l'appartenance de au cercle indiqué se traduit par l'équation suivante:
La résolution de cette équation permet de définir le paramètre u de l'interface I tandis que le paramètre h est donné par:
La valeur de u est déterminée telle que :
Or D'où
Un cas particulier se présente lorsque le rayon réfracté est dans le plan en construction en u, ce qui se traduit par:
(I étant dans le plan de construction de P.
On détermine alors à partir de l'équation :
Détermination de la face d'entrée de la lentille :
Si l(u,h) est un point de la face d'entrée de la lentille, le produit vectoriel entre les dérivée du vecteur par rapport à u et h génère un vecteur normal à la surface d'entrée de la lentille en En référence à la figure 5, on peut alors s'écrire:
On peut donc écrire que est la tangente, en I du plan contenant M et
perpendiculaire à ce qui se traduit par:
A partir de cette équation du vecteur normale et du résultat précédent, il est possible de propager le rayon à travers la lentille selon les lois de Descartes (figure 7) et obtenir le rayon inverse émergeant de la lentille en direction du
réflecteur.
En nommant S le point d'intersection de avec le réflecteur et d la distance
de S à i(u',h'), il apparaît que la constance du chemin optique K, indépendant de (u,h) pour le trajet de F à l'axe de la surface d'onde de sortie en passant par S, i(u',h') et P, permet d'établir d en fonction de u, h et K et donc finalement S(u,h,K). Plus précisément :
Soit F un point foyer du système, il apparaît alors que :
D'où
Et, si on pose :
Et
Cette dernière équation permettant d'obtenir d et S.
Dans certains cas, ε n'existe pas suite à une réflexion interne totale. Dans ce cas, est néanmoins possible de calculer un rayon émergeant hypothétique, suivant la direction limite, afin de compléter le maillage du réflecteur et de pouvoir l'importer plus facilement en conception assistée par ordinateur (CAO).
En d'autres termes, on utilise un rayon ε perpendiculaire à et contenu dans le
plan de telle sorte que ce rayon est colinéaire au vecteur issu du
produit vectoriel:
On peut déterminer K et obtenir une équation paramétrique du réflecteur S(u,h) en écrivant que est une pseudo focale pour le réflecteur
La présente invention est susceptible de nombreuses variantes, par exemple relatives à la source lumineuse et à sa direction d'éclairage. Dans cette description, on considère en effet que l'encombrement du boîtier du projecteur 102 est limité en raison d'impératifs de construction automobile. Il en résulte que la source lumineuse est relativement proche de la glace qui risque d'être soumise à un échauffement trop important, notamment avec une glace en matière plastique transparente et une source lumineuse du type lampe halogène. Pour éviter de telles difficultés, la source lumineuse est une diode électroluminescente mais d'autres sources de lumières pourraient être mises en œuvre.
De plus on peut considérer dans une réalisation que la source lumineuse rayonne vers un réflecteur situé dans un plan inférieur à la source mais, dans d'autres variantes, le réflecteur peut être situé à des positions distinctes vis-à-vis de la source. Notamment, la méthode de construction indiquée précédemment enseigne que la position relative de la source et du réflecteur dépendent de la position du foyer F par rapport à la lentille. Par exemple, si le foyer F est situé au dessus de la lentille en vue de face, le réflecteur se trouve en dessous du foyer F tandis que, si le foyer F est situé en dessous de la lentille en vue de face, le réflecteur se trouve au-dessus de F.
La figure 12, représente la lentille d'ensemble 104 de la figure 2, vue d'un autre angle. On observe que cette lentille 104 a une forme courbée selon différentes courbures. Sa forme suit une courbe gauche 106. Derrière elle, se situe un ensemble de trois réflecteurs 214 associés à 3 DEL 212. Sur cette figure sont représentées deux sections identiques 104a et 104b (pointillés alternant un trait court et un trait long). Il s'agit de sections identiques dans différents plans de construction définis de telle sorte que chaque plan de construction, comprenant un point M de la courbe gauche 106, est perpendiculaire à un vecteur tangent à ladite courbe gauche
106, comme définit précédemment, notamment pour la figure 2.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Module (210) de projecteur lumineux (102) pour véhicule automobile (100), ce module (210) comprenant un réflecteur concave (214), une source lumineuse (212) disposée dans la concavité du réflecteur (214) et une lentille de sortie (216) présentant une ligne médiane sur sa surface de sortie formant une courbe gauche (106), caractérisé en ce que la lentille de sortie (216) et le réflecteur (214) sont agencés de telle sorte qu'un faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur (214) est directement réfracté par la lentille de sortie (216) de façon à générer un faisceau lumineux d'éclairage de route.
2. Module (210) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la lentille de sortie (216) et le réflecteur (214) sont agencés de telle sorte que le faisceau lumineux directement réfracté par la lentille (216) forme une surface d'onde cylindrique.
3. Module (210) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la lentille de sortie (216) et le réflecteur (214) sont agencés de telle sorte que la position de l'axe
(C) de la surface d'onde cylindrique du faisceau lumineux directement réfracté détermine une hauteur et une ouverture dudit faisceau lumineux directement réfracté.
4. Module (210) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réflecteur (214) et la lentille (216) forment un système avec un foyer (F), ledit réflecteur étant agencé de manière à ce que pour tout point donné (S) du réflecteur, le chemin optique (K) jusqu'à l'axe (C) de ladite surface d'onde cylindrique correspondant à un rayon issu dudit foyer (F) passant par ce point donné (S) du réflecteur puis émergeant en un point (P) de la surface de sortie de la lentille (216), soit constant.
5. Module (210) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le faisceau lumineux directement réfracté est un faisceau du type route.
6. Module (210) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lentille de sortie (216) présente une section verticale variable le long de la courbe gauche (106).
7. Module (210) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la lentille de sortie (216) présente des sections identiques dans différents plans de construction définis de telle sorte que chaque plan de construction, comprenant un point M de la courbe gauche (106), est perpendiculaire à un vecteur tangent ( tc ) à ladite courbe gauche (106).
8. Module (210) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le réflecteur (214) et la source lumineuse (212) sont agencés de telle sorte qu'un faisceau de lumière issu de la source lumineuse (212) est directement réfléchi par le réflecteur (214) vers la lentille.
9. Lentille optique élémentaire apte à être utilisée comme lentille de sortie (216) d'un module (210) selon l'une des revendications précédentes, ladite lentille comprenant une surface de sortie suivant une médiane gauche (106), des coupes de la lentille en plusieurs points (M) de cette médiane gauche selon des plans perpendiculaires à la médiane gauche (106) étant superposables par mouvements de translation et/ou de rotation sans déformation.
10. Lentille optique élémentaire selon la revendication 9 caractérisée en ce qu'elle forme un système optique stigmatique dans les différents plans perpendiculaires à la médiane gauche (106).
1 1 . Lentille optique élémentaire selon la revendication 9 ou 10 caractérisée en ce qu'elle (216) présente une surface d'entrée sphérique de rayon constant (Ri) dans les différents plans perpendiculaires à la médiane gauche (106).
12. Module (210) selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la lentille de sortie est une lentille optique élémentaire selon l'une des revendications 9, 10 ou 1 1 .
13. Lentille optique à portions formées par plusieurs lentilles optiques élémentaires conformes à l'une des revendications 9, 10 ou 1 1 .
14. Lentille optique à portions selon la revendication 13 comprenant une face de sortie d'ensemble:
- formée par des faces de sortie de différentes lentilles optiques élémentaires (216); - comprenant une courbe médiane (106) d'ensemble formée par les courbes médianes des différentes lentilles élémentaires (216).
15. Lentille optique à portions selon la revendication 14 dans laquelle la surface de sortie d'ensemble est continue et lisse.
16. Projecteur (102) de véhicule automobile (100) générant un faisceau lumineux, en particulier un faisceau route, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux modules d'éclairage (210) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, juxtaposés de telle sorte que la lentille d'ensemble du projecteur, formé par la juxtaposition des lentilles de sortie (216) des modules, suit une courbe gauche (106).
17. Projecteur (102) selon la revendication 16 dans lequel la lentille d'ensemble est une lentille optique à portions selon l'une des revendications 13 à 15.
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