EP3604904A1 - Module lumineux comportant une matrice de sources lumineuses et un système optique bifocal - Google Patents

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EP3604904A1
EP3604904A1 EP19186425.5A EP19186425A EP3604904A1 EP 3604904 A1 EP3604904 A1 EP 3604904A1 EP 19186425 A EP19186425 A EP 19186425A EP 3604904 A1 EP3604904 A1 EP 3604904A1
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EP
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light
light sources
module
sources
vertical
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Marine Courcier
Vanesa Sanchez
Sebastien ROELS
Jérôme LE CORRE
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Valeo Vision SAS
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a light module for a motor vehicle which is capable of projecting a light beam with horizontal contiguous segments and an angular resolution in the vertical planes less than 1 °.
  • a motor vehicle is equipped with projectors intended to produce a light beam which illuminates the road in front of the vehicle, in particular at night or in the event of reduced light.
  • Light modules of this type are already known. Such light modules are capable of producing a light beam of illumination, for example a main beam, divided, vertically and horizontally, into light segments and of which at least certain light segments can be selectively extinguished. This allows for example to illuminate the road optimally while avoiding dazzling road users.
  • a light beam of illumination for example a main beam, divided, vertically and horizontally, into light segments and of which at least certain light segments can be selectively extinguished. This allows for example to illuminate the road optimally while avoiding dazzling road users.
  • Such light modules generate segmented light beams, which are known by the English name of "pixel beam". It is for example possible to divide the overall light beam into a matrix of light segments.
  • the vertical resolution of the light beam that is to say the number of light segments in the vertical planes of the beam emitted by a projector, remains fairly coarse.
  • the extinction of a light segment plunges into the shade a portion of road which is often much wider than necessary to avoid dazzling a road user. It would be advantageous to be able to increase the vertical resolution of the light beam to be able to illuminate the road to a road user located in front of the vehicle, while switching off the light segments liable to dazzle the road user.
  • headlights are preferably designed to illuminate a wide lateral visual field, but known lighting systems have visibility which is sometimes unsatisfactory for the driver of the vehicle.
  • a known lighting system for a motor vehicle headlamp comprises a primary optical module comprising a plurality of light sources, for example light-emitting diodes, each associated with respective light guides.
  • a secondary projection optical element for example a lens, is associated with the primary optical module.
  • This secondary optical projection element may have several focal lengths.
  • Such a lighting system nevertheless has certain drawbacks.
  • a primary optical module comprising a plurality of independent light guides each associated with a light source, is complex and expensive to produce.
  • the focal distances are chosen to coincide with the output surfaces of the primary optics.
  • this system requires positioning the primary optics at an angle relative to the optical axis of the projection element, which makes the alignment and assembly of the optical system complex and therefore expensive.
  • the major drawback of such a system is that it is not possible to achieve vertical resolutions of less than 0.6 ° if using standard commercial light sources and projection lenses having a large diameter, typically more larger than 100mm.
  • Another lighting system relates to an optical module comprising a matrix of light emitters and makes it possible to project a homogeneous beam of light.
  • the system includes a matrix of optical elements, each in the form of a funnel. Each optical element of the matrix is positioned opposite a transmitter and its reflecting internal surface ensures that a substantially parallel beam is projected towards the projector.
  • Such a matrix of reflective conical elements is expensive to manufacture.
  • the system described in the document DE102008013603 does not provide a high vertical resolution associated with a high horizontal projection angle.
  • a strip of light sources is adapted to a one-piece optical structure comprising a single light guide connected to a corrective optical part.
  • the bifocal secondary optics ensuring the projection of light in the far optical field, has a vertical focal plane which coincides with the exit surface of the optical guide, which of course produces a low resolution in the vertical direction.
  • the light module produced according to the teachings of the invention thus makes it possible to produce a light beam having a wide horizontal field of illumination while having a high angular resolution in any plane parallel to the vertical direction.
  • Such a primary optical element is very easy to manufacture and robust as well as easy to assemble in a light module, therefore inexpensive to manufacture.
  • the primary optical element is an array of cylindrical lenses.
  • the longitudinal axis of each cylindrical lens is parallel to one of the vertical rows of light sources.
  • Such a network of cylindrical lenses is easy and inexpensive to manufacture, for example by a plastic injection method.
  • the cylindrical lenses are designed to form, on the virtual projection surface, secondary sources of light whose horizontal component is an enlargement by a factor M of the horizontal component of the light sources.
  • the magnification factor M is at least equal to 2.
  • the cylindrical lenses are designed such that said secondary light sources are contiguous. This avoids getting dark stripes projected in the vertical direction.
  • the cylindrical lenses are designed so that said secondary light sources overlap partially in the horizontal direction. This makes it possible to obtain a homogeneous field of illumination.
  • the overlap of the secondary light sources in the horizontal direction is less than 20% of the width of their horizontal component.
  • the primary optical element comprises an array of light guides disposed between said array of light sources and the imaging device.
  • the use of light guides makes the light emitted by secondary sources more homogeneous.
  • the network of light guides consists of light guides having a first surface on the side of said network and a second surface, also defined as an exit surface, opposite the first surface having, in any plane parallel to the horizontal direction, a width greater than the width of the first surface. This makes it possible to decrease, in any plane parallel to the horizontal direction, the angle of emission of the beams directed at the projection optics.
  • the light guides have a trapezoidal shape in section parallel to the horizontal direction and a rectangular shape in any section defined in a vertical plane parallel to said array.
  • the manufacture of light guides having a trapezoid-shaped section is easy and inexpensive and the surfaces can have a very high optical quality.
  • the light guides have, in any horizontal plane, a shape comprising curved lateral edges, that is to say that their lateral faces are curved.
  • the use of guides whose side walls are curved, preferably concave, makes it possible to improve the optical qualities of the beams emitted by the secondary sources. Faces curved as defined by polynomials can increase the number of possible optimizations of the light module.
  • said first surface is in close proximity to the light output surface of a light source of said vertical row.
  • the immediate proximity has the advantage of guaranteeing a high efficiency of the transmission of the light emitted by the light sources towards the virtual projection plane.
  • this virtual projection plane is coplanar with the exit surface of the light guides.
  • the width of the second surface has, in any section parallel to the horizontal plane, a dimension equal to or greater than twice the width of the first surface.
  • the primary optical element comprises diffractive optical elements.
  • diffractive elements makes it possible to correct the intensity distributions emitted by the light sources and therefore to increase the optical quality of the beam.
  • Diffractive or refractive structures can easily be integrated into parts molded or made by plastic injection, without increasing the costs.
  • n is at least equal to 10 and m is at least equal to 20.
  • arrays comprising a large number of light sources makes it possible to considerably increase the angular resolution of the optical beam emitted by the device. imaging.
  • the angular opening of a light beam emitted by the light module coming from a single light source is less than 1 ° along the vertical axis.
  • the angular aperture of a light beam emitted by the light module from a single light source is less than 0.6 ° along the vertical axis. This provides a high vertical angular resolution.
  • the vertical angular aperture of the light beam emitted by the module, coming from all the light sources of the network is at least equal to 2 °, preferably at least equal to 4 ° and at most 9 °
  • the horizontal angular aperture of the light beam emitted by the module, coming from all the light sources in the network is greater than 10 °, preferably greater than 20 °. This makes it possible to obtain a very large horizontal field of illumination while ensuring a high vertical resolution.
  • the vertical orientation “V” is used as a geometric reference for the light module 10 without relation to the direction of gravity.
  • the directions L and V define a vertical plane 32 and the directions L and H defining a horizontal plane 34.
  • a light module which is intended to equip a lighting or signaling device for a motor vehicle.
  • the light module 10 is intended to emit a final light beam longitudinally towards the front of the vehicle.
  • This is a light beam which is composed of a plurality of contiguous elementary beams.
  • Such a light module 10 is in particular capable of fulfilling a lighting function having a large transverse angular opening and a large vertical angular resolution.
  • Each elementary light beam illuminates a portion subsequently called a "light segment", also known by the term "pixel".
  • the term "vertical resolution" means the size of each segment.
  • the light module 10 defines an optical axis O, parallel to the longitudinal orientation L, and comprises at least one network 12 of light sources 14, comprising m transverse rows 12A and n vertical rows 12B of light sources 14 which are in particular visible to the figures 1, 2 , 3 , 4 and 5 .
  • the transverse rows 12A are arranged in a direction perpendicular to the vertical rows 12B and the number n vertical rows 12B is higher than the number m transverse rows 12A.
  • Each light source 14 is formed by a light emission source which is preferably, but not necessarily, a light emitting diode which has a square or rectangular emission surface which extends in a plane substantially orthogonal to the optical axis O.
  • the network 12 of light sources 14 is carried by a support, preferably a printed circuit card 13.
  • the light sources 14 can be switched on independently of each other, selectively, to obtain the desired lighting.
  • the network 12 can be constituted by an assembly of several vertical bars 12B of light sources 14, and each of the bars can be carried by a support, preferably a printed circuit board.
  • Each strip 12B carries the light sources forming one of the columns of the network 12.
  • the light sources 14 are closer to the vertically adjacent light sources than to the transversely adjacent light sources.
  • two vertically adjacent light sources are spaced apart by a distance less than 10% of the vertical height of the emission surface of said light source, while two transversely adjacent light sources are spaced apart by a distance greater than 10% of the transverse width of the emission surface of said light source.
  • the light module 10 also includes at least one primary optical element 40.
  • the primary optical element 40 is an optical part, or a set of parts and / or optical structures, arranged to transfer the light emitted by said light sources 14 on a virtual projection surface 60, which is located opposite and at a predefined distance from the grating 12, in the direction of light emission.
  • the figure 1 and the figure 2 illustrate a ray of light 16 emitted by a light source 14.
  • the virtual projection surface 60 is preferably a virtual plane, but can also be a virtual curved surface, defined for example in an embodiment where the support and / or the printed circuit 13 has a curved shape.
  • the primary optical element 40 is arranged in such a way that the projections in the horizontal plane 34 of the light beams 16 emitted by said light sources 14 form, in said virtual projection surface 60, secondary light sources 62.
  • the optical element 40 is arranged so that, in the horizontal plane 34, the dimension of the secondary light sources 62 is larger than a dimension 14a of the light sources 14 and that the angular opening ⁇ of the secondary light beams 18 emitted by secondary light sources 62 is less than an angular opening ⁇ of the light beams 16 emitted by said light sources 14.
  • ny ⁇ y' ⁇ 'in which n and n' are the refractive indices of the object and image space respectively, y and y 'the heights (or width) object and image respectively, and ⁇ and ⁇ 'the angles of the incident rays and emerge from an optical system.
  • the Figures 1 and 2 illustrate the propagation of a ray of light 16, 18, 20 having different angles relative to the optical axis O.
  • the dimension of the cross section 62a of the secondary sources 62 is more particularly defined so that the secondary light sources 62 are contiguous or overlapping transversely.
  • the dimension of the cross section 62a of the secondary sources 62 can be at least twice as large as the transverse dimension 14a of the light sources 14.
  • the primary optical element 40 can be arranged to present, in a horizontal plane, different enlargements M for different light sources 14 of the network.
  • the magnification M of a light source 14 present on the optical axis O may be lower than the magnification of a light source 14 which is located at a transverse end of the network 12. This variant makes it possible to be applied in cases where the vertical rows 12B of the light sources 14 are not positioned in a regular manner in the transverse direction.
  • the primary optical element 40 is produced so as not to have an enlarging effect, or a negligible enlarging effect, in the vertical direction, as illustrated in the figure 2 .
  • the optical element can have a displacement effect, in the direction of the axis.
  • optical O of the conical beam of light emitted by the light sources 14, similar to the effect obtained by the insertion of a planar optical plate in an optical beam which passes through it. It is well known that this displacement depends on the thickness of the optical plate as well as its refractive index, which is also the case for the primary optical element 40.
  • the primary optical element 40 can be produced in a single optical part but can comprise at least two optical parts which can have different shapes and / or refractive indices. Said at least two parts can also be made of different materials and can include coatings to improve the efficiency of light transmission, such as an anti-reflective coating.
  • the primary element 40 can comprise diffractive or refractive structures, such as diffraction gratings or Fresnel structures.
  • the light module 10 comprises at least one bifocal imaging device 30 which is designed to project a beam of light from each light source 14.
  • the bifocal imaging device 30 preferably projects an image of each light source 14 to infinity, usually measured on a virtual reference plane, defined at a distance d E from the center of the bifocal imaging device 30. In the automotive field, this distance is typically 25 m, as illustrated in FIGS. figures 10 and 11 .
  • the bifocal imaging device 30 can be an optical system having a rotational symmetry relative to its optical axis O, but can also be an optical system which has a horizontal dimension greater than its vertical dimension.
  • the largest diameter of the bifocal imaging device 30 is less than 80mm.
  • the imaging device 30 has a first focal length F1 and a first transverse focusing surface 30a which is arranged substantially in coincidence with the virtual projection surface 60.
  • the first focusing surface 30a is a planar virtual surface as illustrated in the Figures 1 to 5 .
  • the imaging device 30 also has a second focal length F2 and a transverse focusing surface 30b which is arranged substantially in coincidence with the network 12 of the light sources 14.
  • the focal length F2 is adapted to take account of the effect deflection in the vertical plane of the primary optical element 40 as described before. So by projecting the primary light sources that are extremely close vertically, luminous segments which are substantially vertically joined are obtained.
  • the total surface illuminated by the light module 10 has a dimension of approximately n times p1 in the horizontal direction and a dimension m times p 2 in the vertical direction and the vertical angular resolution is thus p 2 / d E rad and the horizontal resolution p 1 / d E.
  • the light module produces a beam having a horizontal angular opening ⁇ and a vertical angular opening ⁇ .
  • the horizontal angular opening ⁇ can be higher than 10 °, preferably higher than 20 °.
  • the vertical opening ⁇ can be higher than 2 °, preferably higher than 4 °.
  • the different elements of the light module 10 can be adapted as a function of the total horizontal and vertical angle desired as well as the horizontal and vertical angular resolution.
  • Those skilled in the art will be able to add optical correction elements to the light modules 10 according to the nature of the light sources 14, their geometry and the spatial distribution of the light beams. light emitted by these sources 14, as well as according to the type of the imaging device 30, and according to the type of the primary element 40 according to the invention, several embodiments of which are described in this document.
  • the imaging device 30 has a circular symmetry, relative to the optical axis O, and a diameter defined in a vertical plane is less than 100mm, preferably less than 80mm.
  • the vertical dimension of the device is different from its horizontal dimension.
  • the largest diameter defined orthogonally to the optical axis is less than 100mm, preferably less than 80mm.
  • the imaging device 30 may include reflective elements or be of the retro-reflecting type.
  • the primary optical element 40 comprises an array of cylindrical lenses 42, each cylindrical lens 42 of which comprises a vertical axis C1 parallel to one of the vertical rows 12B of light sources 14.
  • the array 40 of cylindrical lenses 42 comprises an entry surface 42b of light and a light output surface 42a and form an image on the virtual projection surface 60.
  • each ray of light emitted by a light source 14 is transferred by the network of cylindrical lenses 42 to the virtual surface of projection 60.
  • the light distribution of this image is made up of a horizontal row of vertically stretched light bands.
  • the cylindrical lenses 12 are arranged to form an enlarged image of the horizontal component 14a of the light sources 14 in the virtual projection plane 60.
  • the magnification factor M is greater than 1.5, preferably greater than 2 or even more preferably greater than 5.
  • the entry surface 40a can also comprise a second network 40 of cylindrical lenses 42, which need not necessarily be symmetrical with the network 40 of cylindrical lenses 42 of the exit surface 42a.
  • the array of cylindrical lenses can consist of two optical elements, each comprising a structure making it possible to focus light in a horizontal plane and without having a focusing effect in a vertical plane, apart from the effect of deflection of the incident beams and which is due, as already explained, to the thickness and the refractive index of the network of cylindrical lenses.
  • the outlet surfaces 42a of the cylindrical lenses 42 have, in any horizontal plane 34, the shape of a section of a circle. In a variant, this form is defined by a polynomial.
  • diffractive structures can be arranged on the inlet surfaces 42b and / or the outlet surfaces 42a of the cylindrical lenses.
  • additional optical elements may be arranged between the array 12 of light sources 14 and the array 40 of cylindrical lenses 42.
  • These additional optical elements may for example comprise an array of microlenses, which may be useful in the case certain types of light emitting diodes 14 which do not include an integrated collimating lens.
  • the array of cylindrical lenses 42 is designed such that said secondary light sources 62 are contiguous, as illustrated in the figure 1 .
  • the array of cylindrical lenses 42 is designed so that said secondary light sources 62 partially overlap in the horizontal direction H.
  • the overlap, in the horizontal direction H, of the secondary sources is less than 20% of the width of their horizontal component 62a.
  • the optical elements of the light module can be optimized and arranged so that the distribution of the intensity of the image produced in the far field, for example at 25 m from light module 10, is a homogeneous distribution, even if secondary sources partially overlap in the virtual projection surface 60.
  • the primary optical element 40 comprises an array 50 of light guides 52 disposed between the array 12, 12A, 12B of light sources 14 and the imaging device 30.
  • Said light guides 52 have a first surface 56 on the side of the network 12 of light sources 14 and a second surface 58, also defined as the light exit surface, opposite the first surface 56, also defined as the entry surface from light.
  • the first surface 56 and the second surface 58 are connected by vertical walls 51, 53 which are configured to modify, in a plane along the horizontal axis and relative to the optical axis O, the angle of propagation of a ray of light incident on these surfaces 51 , 53.
  • the Figures 4 and 5 show the propagation of a ray 16, 19, 21 respectively emitted by a light source 14, transmitted by a light guide 52 and projected by a bifocal imaging device 30.
  • said first surface 56 is in the immediate vicinity, or coincident, with the light-output surface 15 of a light source 14 of a vertical row 12B.
  • the light guide 52 also includes an upper wall 57 and a lower wall 55 which are arranged in such a way that no ray of light emitted by one of the vertical rows 12B of light sources is incident on these surfaces, as illustrated in the figure 5 .
  • the shape of the upper 57 and lower 55 surfaces can be flat or can be curved, as illustrated in the Figures 6 and 7 .
  • the upper 57 and lower 55 surfaces have no optical function and can therefore comprise at least one structure or structuring making it possible to assemble this light guide 52 in the light module 10 easily and therefore cheap.
  • Those skilled in the art will know how to produce these structures directly in a mold of a light guide 52, made for example from injected plastic.
  • the light guides 52 are made of a transparent solid material such as plastic or glass.
  • the width of the first surface 56 is less than the width of the second surface 58.
  • at least a portion of the light emitted by a light source 14 is refracted by the first surface 56 and undergoes at least total reflection on one of the side walls 51, 53.
  • These walls lateral 51, 53 can be flat or can be curved.
  • the shape of the horizontal projection of the side walls 51, 53 can be defined by a polynomial, for example a parabolic shape or a portion shape of an ellipse or a hyperbolic shape.
  • the figure 6 shows a perspective view of a light guide 52 which has planar side walls 51, 53.
  • the figure 7 shows a perspective view of a light guide 52 which has curved side walls 51, 53.
  • the side walls 51, 53 are configured in order to reduce the angle of propagation ⁇ , relative to the optical axis O, of a ray of light emitted by a light source 14.
  • the light guide 52 is positioned so that the exit surface 58 is close to the virtual projection surface 60.
  • the exit surface 58 coincides with the virtual projection surface 60.
  • the light guides 52 make it possible to produce secondary sources 60 which have a horizontal dimension greater than the horizontal width 14a of the light sources 14 and whose angle of propagation ⁇ of the rays of light transmitted, relative to the optical axis O, is less than the angle of emission ⁇ of this ray of light by the emission source 14 of this ray of light.
  • the light guides 52 are hollow and include a wall at least a portion of the vertical internal surfaces 51, 53 of which are reflective.
  • the surfaces 56 and 58 are respectively a light inlet opening 56 and a light outlet opening 58.
  • the optical magnification effect obtained is similar to that of the light guides 52 made of a transparent material. described above.
  • the secondary emission source 62 which occurs in the virtual projection surface 60, by the transfer of the light from a source 14 by the light guide 52, includes a larger horizontal dimension than that of the light source 14.
  • the advantage of a light guide 52 produced with walls 51, 53 whose surfaces internal reflective is to obtain better light transmission efficiency, especially since there is no light loss by refraction through the inlet opening.
  • reflective light guides are often more expensive to manufacture because in particular requiring a reflective coating.
  • the light guides 52 have a trapezoidal shape in any horizontal plane 34 and have a rectangular shape for any section defined in a vertical plane parallel to said array 12.
  • the width of the second surface 58 for any section parallel to the horizontal plane 34, has a dimension equal to or greater than twice the width of the first surface 56.
  • an axial dimension d g of the light guides 52, defined in the optical axis O of the light module 10, is substantially identical to the dimension of the intersection of the first surface 46 with the horizontal plane 34 .
  • an axial dimension d g of the light guides 52, defined in the optical axis O of the light module 10, is at least 50% greater than the dimension of the intersection of the first surface 56 with the horizontal plane 34.
  • the imaging device 30 may include reflective elements R1, R2, R3. This makes it possible to produce light modules 10 which are shorter in the longitudinal direction L.
  • the imaging device 30 comprises at least one mirror R1 arranged in a configuration called off-axis. This configuration makes it possible to produce a light module with a defined length w, in the longitudinal direction, shorter than the variants illustrated in the figures 1, 2 , 3 , 4, 5 .
  • the imaging device 30 is produced in a Cassegrain type configuration, comprising two mirrors R2, R3 also making it possible to produce light modules 10 more compact in the longitudinal direction.
  • catadioptric configurations can be implemented for the imaging device 30.

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Abstract

L'invention concerne un module lumineux (10) de véhicule automobile, comprenant :- un réseau (12) de sources lumineuses (14) ;- un dispositif (30) bifocal d'imagerie qui est conçu pour projeter une image de chaque source lumineuse (14);caractérisé en ce que le module lumineux (10) comporte au moins un élément optique primaire (40), qui ne modifie pas en sortie selon une direction verticale V l'angle des rayons incidents, et qui permet de former des sources secondaires (62) dont la dimension latérale est plus grande qu'une dimension latérale des sources lumineuses (14) et dont l'ouverture angulaire (β) des faisceaux secondaires de lumière (18) émis est inférieure à une ouverture angulaire (α) des faisceaux de lumière (16) émis par les dites sources lumineuses (14).

Description

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • L'invention concerne un module lumineux pour un véhicule automobile qui est apte à projeter un faisceau lumineux à segments jointifs horizontaux et une résolution angulaire dans les plans verticaux inférieurs à 1°.
    • ARRIÈRE PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • Un véhicule automobile est équipé de projecteurs destinés à produire un faisceau lumineux qui éclaire la route devant le véhicule, notamment la nuit ou en cas de luminosité réduite.
  • On connaît déjà des modules lumineux de ce type. De tels modules lumineux sont aptes à produire un faisceau lumineux d'éclairage, par exemple un feu de route, divisé, verticalement et horizontalement, en segments lumineux et dont au moins certains segments lumineux peuvent être éteints sélectivement. Cela permet par exemple d'éclairer la route de manière optimale tout en évitant d'éblouir les usagers de la route.
  • De tels modules lumineux génèrent des faisceaux lumineux segmentés, qui sont connus sous l'appellation anglaise de "pixel beam". Il est par exemple possible de diviser le faisceau lumineux global en une matrice de segments lumineux.
  • Généralement, la résolution verticale du faisceau lumineux, c'est-à-dire le nombre de segments lumineux dans les plans verticaux du faisceau émis par un projecteur, demeure assez grossière. Ainsi, l'extinction d'un segment lumineux plonge dans l'ombre une portion de route qui est souvent bien plus large que nécessaire pour éviter d'éblouir un usager de la route. Il serait avantageux de pouvoir augmenter la résolution verticale du faisceau lumineux pour pouvoir éclairer la route jusqu'à un usager de la route situé en avant du véhicule, tout en éteignant les segments lumineux susceptibles d'éblouir l'usager de la route.
  • Ces projecteurs sont préférablement conçus pour éclairer un large champ visuel latéral mais les systèmes d'éclairage connus ont une visibilité parfois insatisfaisante pour le conducteur du véhicule. En particulier il est difficile, voire impossible, d'assurer un large champ d'éclairage dans le plan horizontal de la trajectoire du véhicule et en même temps assurer une haute résolution dans la direction verticale, et cela pour tout angle dans le plan horizontal. En plus, il est important de réduire la taille des lentilles de projection qui devraient avoir préférablement un diamètre inférieur de 80mm tout en utilisant des réseaux de diodes électroluminescentes du commerce qui ont chacune une taille minimale de 0.75mmx0.75mm. Par ailleurs, pour des raisons de confort visuel, aussi bien que pour des raisons réglementaires, il est préférable que deux segments adjacents dans le plan horizontal soient jointifs pour que le faisceau lumineux global éclaire la route de manière homogène. Or, les solutions connues ne permettent pas d'obtenir une haute résolution vertical et en même temps d'obtenir un large champ horizontal ayant des segments lumineux jointifs, notamment lorsque les sources lumineuses sont trop espacées les unes des autres.
  • Un système d'éclairage connu pour projecteur de véhicule automobile, décrit dans le document US 2014/0307459 A1 , comprend un module optique primaire comportant une pluralité de sources de lumière, par exemple des diodes électroluminescentes, chacune associées à des guides de lumière respectifs. Un élément optique secondaire de projection, par exemple une lentille, est associé au module optique primaire. Cet élément optique secondaire de projection peut avoir plusieurs distances focales. Un tel système d'éclairage présente néanmoins certains inconvénients. D'abord, Un tel module optique primaire, comportant une pluralité de guides de lumière indépendants chacun associés à une source lumineuse, est complexe et onéreux à réaliser. Aussi, les distances focales sont choisies pour coïncider avec les surfaces de sortie de l'optique primaire. Aussi, ce système nécessite de positionner l'optique primaire selon un angle relatif à l'axe optique de l'élément de projection, ce qui rend l'alignement et l'assemblage du système optique complexe et donc couteux. L'inconvénient majeur d'un tel système est qu'il n'est pas possible d'atteindre des résolutions verticales inférieurs à 0.6° si on utilise des sources de lumière standard du commerce et des lentilles de projection ayant un grand diamètre, typiquement plus grand que 100mm.
  • Un autre système d'éclairage, décrit dans le document DE102008013603 , concerne un module optique comprenant une matrice d'émetteurs de lumière et permet de projeter un faisceau de lumière homogène. Le système comporte une matrice d'éléments optiques, chacune de forme d'entonnoir. Chaque élément optique de la matrice est positionné en face d'un émetteur et sa surface intérieure réfléchissante assure qu'un faisceau sensiblement parallèle est projeté vers le projecteur. Une telle matrice d'éléments coniques réfléchissants est onéreuse à fabriquer. En outre, comme le module de projection décrit dans le document US 2014/0307459 A1 , le système décrit dans le document DE102008013603 ne permet pas d'obtenir une grande résolution verticale associé à un angle de projection horizontal élevé.
  • Dans un autre mode de réalisation, décrit dans le document US2015131305A une barrette de sources de lumières est adaptée à une structure optique monobloc comprenant un unique guide de lumière relié à une partie optique correctrice. L'optique secondaire bifocale, assurant la projection de lumière dans le champ optique lointain, a un plan focal vertical qui coïncide avec la surface de sortie du guide optique, ce qui produit bien entendu une faible résolution dans la direction verticale.
    • BREF RÉSUMÉ DE L'INVENTION
  • L'invention propose un module lumineux de véhicule automobile, définissant une direction de mouvement (L), une direction verticale (V) et une direction horizontale (H) orthogonale à la direction verticale (V), les directions (L) et (V) définissant un plan vertical et les direction (L) et (H) définissant un plan horizontal comprenant :
    • au moins un réseau de sources lumineuses, comportant m rangées transversales et n rangées verticales les rangées transversales étant disposées suivant une direction perpendiculaire aux rangées verticales, le nombre n étant plus élevé que le nombre m;
    • au moins un dispositif bifocal d'imagerie conçu pour projeter un faisceau lumineux, le dispositif d'imagerie présentant une première surface de focalisation horizontale et une deuxième surface de focalisation verticale parallèle au dit premier plan;
    caractérisé en ce que
    le module lumineux comporte au moins un élément optique primaire, qui ne modifie pas en sortie selon une direction verticale V l'angle des rayons incidents, agencé pour transférer la lumière émise par les dites sources lumineuses sur une surface virtuelle de projection, définie entre le dit réseau et le dispositif d'imagerie, et confondue avec le premier plan de focalisation, de telle façon que les projections dans le plan horizontal des faisceaux émis par les dites sources lumineuses forment, dans la dite surface virtuelle de projection, des sources secondaires de lumière qui sont étirées dans la direction horizontale, et en ce que le deuxième plan de focalisation verticale est confondu avec la surface du réseau des sources lumineuses. Dans le plan horizontal, une dimension des sources secondaires de lumière est plus grande qu'une dimension des sources lumineuses et une ouverture angulaire des faisceaux secondaires de lumière émis par les sources de lumière secondaires est inférieure à une ouverture angulaire des faisceaux de lumière émis par les dites sources lumineuses.
  • Le module lumineux réalisé selon les enseignements de l'invention permet ainsi de réaliser un faisceau lumineux présentant un large champ horizontal d'illumination tout en ayant une résolution angulaire élevée dans tout plan parallèle à la direction verticale. Un tel élément d'optique primaire est très aisé à fabriquer et robuste ainsi que facile à assembler dans un module lumineux, donc peu onéreux à fabriquer.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention l'élément optique primaire est un réseau de lentilles cylindriques. L'axe longitudinal de chaque lentille cylindrique est parallèle à une des rangées verticales de sources lumineuses. Un tel réseau de lentilles cylindriques est facile et peu onéreux à fabriquer, par exemple par une méthode d'injection plastique.
  • Dans un mode de réalisation préférable, les lentilles cylindriques sont conçues pour former, sur la surface virtuelle de projection, des sources secondaires de lumière dont la composante horizontale est un agrandissement d'un facteur M de la composante horizontale des sources lumineuses.
  • Avantageusement le facteur d'agrandissement M est au moins égal à 2.
  • Préférablement, les lentilles cylindriques sont conçues de telle sorte que les dites sources secondaires de lumière sont jointives. Ceci évite d'obtenir des projections de bandes sombres dans la direction verticale.
  • En variante, les lentilles cylindriques sont conçues pour que les dites sources secondaires de lumière se recouvrent partiellement dans la direction horizontale. Ceci permet d'obtenir un champ d'illumination homogène.
  • Dans une autre variante le recouvrement des sources secondaires de lumière dans la direction horizontale est inférieur à 20% de la largeur de leur composante horizontale.
  • Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention l'élément optique primaire comprend un réseau de guides de lumière disposé entre le dit réseau de sources lumineuses et le dispositif d'imagerie. L'utilisation de guides de lumière permet de rendre la lumière émise par les sources secondaires plus homogène.
  • Avantageusement, le réseau de guides de lumière est constitué de guides de lumière ayant une première surface du côté dudit réseau et une deuxième surface, définie aussi comme surface de sortie, opposée à la première surface présentant, dans tout plan parallèle à la direction horizontale, une largeur supérieure à la largeur de la première surface. Ceci permet de diminuer, dans tout plan parallèle à la direction horizontale, l'angle d'émission des faisceaux dirigés à l'optique de projection.
  • En variante, les guides de lumière présentent une forme trapézoïdale en section parallèle à la direction horizontale et une forme rectangulaire dans toute section définie dans un plan vertical parallèle au dit réseau. La fabrication de guides de lumière ayant une section en forme de trapèze est facile et peu onéreuse et les surfaces peuvent avoir une très grande qualité optique.
  • Dans une variante, les guides de lumière présentent dans tout plan horizontal une forme comprenant des bords latéraux courbés, c'et à dire que leur faces latérales sont courbées. L'utilisation de guides dont les parois latérales sont courbées, de préférence concaves, permet d'améliorer les qualités optiques des faisceaux émis par les sources secondaires. Des faces courbées tel que définies par des polynômes peuvent augmenter le nombre d'optimisations possibles du module lumineux.
  • Avantageusement, la dite première surface est à proximité immédiate avec la surface de sortie de lumière d'une source lumineuse de la dite rangée verticale. La proximité immédiate a l'avantage de garantir une grande efficacité de la transmission de la lumière émise par les sources lumineuses vers le plan de projection virtuel. Avantageusement ce plan de projection virtuel est coplanaire avec la surface de sortie des guides de lumière
  • Dans des variantes préférées, la largeur de la deuxième surface présente, selon toute section parallèle au plan horizontal, une dimension égale ou plus grande que le double de la largeur de la première surface.
  • Dans une variante de réalisation, l'élément optique primaire comprend des éléments optiques diffractifs. Utiliser des éléments diffractifs permet de corriger les distributions d'intensités émises par les sources lumineuses et donc d'augmenter la qualité optique du faisceau. Il est facile d'intégrer des structures diffractives ou des structures réfractives dans des pièces moulées ou réalisées par injection plastique, sans en augmenter les coûts.
  • Dans des variantes de réalisation, n est au moins égal à 10 et m est au moins égal à 20. L'utilisation de réseaux comprenant un grand nombre de sources de lumière permet d'augmenter considérablement la résolution angulaire du faisceau optique émis par le dispositif d'imagerie.
  • Avantageusement l'ouverture angulaire d'un faisceau lumineux émis par le module de lumière provenant d'une seule source lumineuse est inférieure à 1 ° selon l'axe vertical.
  • Dans une variante de réalisation, l'ouverture angulaire d'un faisceau lumineux émis par le module de lumière provenant d'une seule source lumineuse est inférieure à 0.6 ° selon l'axe vertical. Ceci permet d'obtenir une grande résolution angulaire verticale.
  • Avantageusement l'ouverture angulaire verticale du faisceau lumineux émis par le module, provenant de l'ensemble des sources lumineuses du réseau, est au moins égale à 2°, préférablement au moins égale à 4° et d'au plus 9°
  • Dans une variante de réalisation, l'ouverture angulaire horizontale du faisceau lumineux émis par le module, provenant de l'ensemble des sources lumineuses du réseau, est supérieure à 10°, préférablement supérieure à 20°. Ceci permet d'obtenir un très grand champ d'illumination horizontal tout en assurant une résolution verticale élevée.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue de dessus qui représente un élément optique primaire et un élément optique secondaire d'un module lumineux réalisé selon le concept de l'invention ;
    • la figure 2 est une vue de coté qui représente un élément optique primaire et un élément optique secondaire d'un module lumineux réalisé selon le concept de l'invention;
    • la figure 3 est une vue en perspective qui représente un élément optique primaire comprenant un réseau de lentilles cylindriques et un élément optique secondaire d'un premier module lumineux, réalisés selon un premier mode de réalisation de l'invention;
    • la figure 4 est une vue de dessus qui représente un élément optique primaire comprenant des guides de lumière et un élément optique secondaire d'un module lumineux, réalisés selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 5 est une vue de coté qui représente un élément optique primaire comprenant des guides de lumière et un élément optique secondaire d'un module lumineux, réalisés selon le deuxième mode de réalisation de l'invention;
    • la figure 6 est une vue en perspective d'un guide de lumière ayant des parois verticales ou latérales planes ;
    • la figure 7 est une vue en perspective d'un autre guide de lumière ayant des parois verticales ou latérales courbées ;
    • la figure 8 est une vue de dessus d'un module lumineux comprenant un dispositif de projection réfléchissant;
    • la figure 9 est une vue de dessus d'un module lumineux comprenant un dispositif de projection ayant une configuration de type Cassegrain ;
    • la figure 10 est une vue de dessus d'un véhicule et d'un écran de projection situé devant le véhicule ;
    • la figure 11 est une vue de côté d'un véhicule et d'un écran de projection situé devant le véhicule.
    DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES FIGURES
  • Dans la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif des orientations longitudinale, dirigée d'arrière en avant, verticale, dirigée de bas en haut, et transversale, dirigée de gauche à droite, indiquées par le trièdre "L, V, T" des figures.
  • L'orientation verticale « V » est utilisée à titre de repère géométrique du module lumineux 10 sans rapport avec la direction de la gravité.
  • Les directions L et V définissent un plan vertical 32 et les directions L et H définissant un plan horizontal 34.
  • Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes références.
  • On a représenté à la figure 1 et la figure 2 une coupe horizontale (figure 1) et une coupe verticale (figure 2) d'un module lumineux qui est destiné à équiper un dispositif d'éclairage ou de signalisation pour véhicule automobile. Le module 10 lumineux est destiné à émettre un faisceau lumineux final longitudinalement vers l'avant du véhicule. Il s'agit ici d'un faisceau lumineux qui est composé d'une pluralité de faisceaux élémentaires jointifs. Un tel module lumineux 10 est notamment apte à remplir une fonction d'éclairage ayant une grande ouverture angulaire transversale et une grande résolution angulaire verticale. Chaque faisceau lumineux élémentaire éclaire une portion appelée par la suite « segment lumineux », aussi connu sous le terme "pixel". Dans la description, le terme "résolution verticale" s'entend la taille anglaire de chaque segment.
  • Le module lumineux 10 définit un axe optique O, parallèle à l'orientation longitudinale L, et comporte au moins un réseau 12 de sources lumineuses 14, comportant m rangées transversales 12A et n rangées verticales 12B de sources lumineuses 14 qui sont notamment visibles aux figures 1, 2, 3, 4 et 5. Les rangées transversales 12A sont disposées suivant une direction perpendiculaire aux rangées verticales 12B et le nombre n rangées verticales 12B est plus élevé que le nombre m rangées transversales 12A.
  • On notera que sur les figures 1 et 2, les proportions d'écartement entre les sources lumineuses 14 horizontalement et verticalement n'ont pas été respectées ; en effet, l'écartement vertical entre les sources est en réalité est plus resserré que l'écartement horizontal.
  • Chaque source de lumière 14 est formée par une source d'émission lumineuse qui est préférablement, mais pas nécessairement, une diode électroluminescente qui présente une surface d'émission carrée ou rectangulaire qui s'étend dans un plan sensiblement orthogonal à l'axe optique O.
  • Le réseau 12 de sources lumineuses 14 est portée par un support, préférablement une carte à circuit imprimé 13. Les sources lumineuses 14 peuvent être allumées indépendamment les unes des autres, de façon sélective, pour obtenir l'éclairage souhaité.
  • Dans une variante, le réseau 12 peut être constitué par un assemblage de plusieurs barrettes 12B verticales de sources de lumière 14, et chacune des barrettes peut être portée par un support, préférablement une carte à circuit imprimé. Chaque barrette 12B porte les sources lumineuses formant l'une des colonnes du réseau 12.
  • Les sources lumineuses 14 sont plus proches des sources lumineuses adjacentes verticalement que des sources lumineuses adjacentes transversalement. Par exemple, deux sources lumineuses adjacentes verticalement sont écartées d'une distance inférieure à 10% de la hauteur verticale de la surface d'émission de ladite source lumineuse, tandis que deux sources lumineuses adjacentes transversalement sont écartées d'une distance supérieure à 10% de la largeur transversale de la surface d'émission de ladite source lumineuse.
  • Le module lumineux 10 comporte aussi au moins un élément optique primaire 40.
  • L'élément optique primaire 40 est une pièce optique, ou un ensemble de pièces et/ou structures optiques, agencé pour transférer la lumière émise par les dites sources lumineuses 14 sur une surface virtuelle de projection 60, qui se situe en face et à une distance prédéfinie du réseau 12, dans le sens de l'émission de la lumière. La figure 1 et la figure 2 illustrent un rayon de lumière 16 émis par une source de lumière 14.
  • La surface virtuelle de projection 60 est préférablement un plan virtuel, mais peut être aussi une surface courbée virtuelle, défini par exemple dans une réalisation où le support et/ou le circuit imprimé 13 présente une forme courbée. Tel qu'illustré dans la figure 1, l'élément optique primaire 40 est agencé de telle façon que les projections dans le plan horizontal 34 des faisceaux de lumière 16 émis par les dites sources lumineuses 14 forment, dans la dite surface virtuelle de projection 60, des sources secondaires de lumière 62.
  • Avantageusement, comme illustré dans la figure 1, l'élément optique 40 est agencé pour que, dans le plan horizontal 34, la dimension des sources secondaires de lumière 62 est plus grande qu'une dimension 14a des sources lumineuses 14 et que l'ouverture angulaire β des faisceaux secondaires de lumière 18 émis par les sources de lumière secondaires 62 est inférieure à une ouverture angulaire α des faisceaux de lumière 16 émis par les dites sources lumineuses 14. Le principe exploité ici, dans tout plan horizontal, est celui de l'invariant de Lagrange-Helmholz qui impose que dans un système optique nyα=n'y'α' dans lequel n et n' sont les indices de réfraction de l'espace objet et image respectivement, y et y' les hauteurs (ou largeur) objet et image respectivement, et α et α' les angles des rayons incident et émergent d'un système optique. Les figures 1 et 2 illustrent la propagation d'un rayon de lumière 16, 18, 20 présentant des angles différents par rapport à l'axe optique O.
  • La dimension de la section transversale 62a des sources secondaires 62 est plus particulièrement définie de manière à ce que les sources lumineuses secondaires 62 soient jointives ou chevauchantes transversalement.
  • Dans un exemple de réalisation, non limitatif, la dimension de la section transversale 62a des sources secondaires 62 peut être au moins 2 fois plus grand que la dimension transversale 14a des sources lumineuses 14.
  • Bien entendu, l'élément optique primaire 40 peut être agencé pour présenter, dans un plan horizontal, différents agrandissements M pour différentes sources lumineuses 14 du réseau. Par exemple, l'agrandissement M d'une source lumineuse 14 présente sur l'axe optique O peut être plus faible que l'agrandissement d'une source lumineuse 14 qui se situe à une extrémité transversale du réseau 12. Cette variante permet d'être appliqué dans les cas où les rangées verticales 12B des sources de lumière 14 ne sont pas positionnées d'une façon régulière dans la direction transversale.
  • En outre, l'élément optique primaire 40 est réalisé pour ne pas avoir d'effet d'agrandissement, ou un effet d'agrandissement négligeable, dans la direction verticale, tel qu'illustré dans la figure 2. Cela se traduit par le fait que l'élément optique primaire ne modifie pas en sortie selon une direction verticale V l'angle des rayons incidents Tout au plus, l'élément optique peut avoir un effet de déplacement, dans le sens de l'axe optique O, du faisceau conique de lumière émis par les sources de lumière 14, similaire à l'effet obtenu par l'insertion d'une lame optique plane dans un faisceau optique qui la traverse. Il est bien connu que ce déplacement dépend de l'épaisseur de la lame optique ainsi que son indice de réfraction, ce qui est également le cas de l'élément optique primaire 40.
  • Bien entendu, l'élément optique primaire 40 peut être réalisé dans une seule pièce optique mais peut comprendre au moins deux pièces optiques qui peuvent avoir des formes et/ou indices de réfraction différents. Les dites au moins deux pièces peuvent également être fabriquées dans des matériaux différents et peuvent comprendre des revêtements pour améliorer l'efficacité de transmission de la lumière, tel qu'un revêtement antireflet. Afin d'optimiser l'efficacité et la qualité du faisceau projeté par le module de lumière 10, l'élément primaire 40 peut comprendre des structures diffractives ou réfractives, tels que des réseaux de diffraction ou des structures Fresnel.
  • Le module lumineux 10 comporte au moins un dispositif bifocal d'imagerie 30 qui est conçu pour projeter un faisceau de lumière de chaque source lumineuse 14. Le dispositif bifocal d'imagerie 30 projette préférablement une image de chaque source lumineuse 14 à l'infini, usuellement mesurée sur un plan virtuel de référence, défini à une distance dE par rapport au centre du dispositif bifocal d'imagerie 30. Dans le domaine automobile cette distance est typiquement 25 m, comme cela est illustré aux figures 10 et 11.
  • Le dispositif bifocal d'imagerie 30 peut être un système optique ayant une symétrie rotationnelle relative à son axe optique O, mais peut également être un système optique qui a une dimension horizontale plus élevée que sa dimension verticale.
  • Dans un mode de réalisation préféré, le plus grand diamètre du dispositif bifocal d'imagerie 30 est inférieur à 80mm.
  • Le dispositif d'imagerie 30 présente une première longueur focale F1 et une première surface de focalisation transversale 30a qui est agencé sensiblement en coïncidence avec la surface virtuelle 60 de projection. Dans un mode de réalisation préféré, la première surface de focalisation 30a est une surface virtuelle plane telle qu'illustré dans les figures 1 à 5. Ainsi, en projetant les sources lumineuses secondaires 62 jointives transversalement, on obtient ainsi des segments lumineux jointifs transversalement.
  • Le dispositif d'imagerie 30 présente aussi une deuxième longueur focale F2 et une surface de focalisation transversale 30b qui est agencé sensiblement en coïncidence avec le réseau 12 des sources lumineuses 14. Bien entendu la longueur focale F2 est adaptée pour tenir compte de l'effet de déviation dans le plan vertical de l'élément optique primaire 40 tel que décrit avant. Ainsi, en projetant les sources lumineuses primaires qui sont extrêmement proches verticalement, on obtient des segments lumineux sensiblement jointifs verticalement.
  • Ainsi, la surface totale illuminée par le module de lumière 10 a une dimension d'environ n fois p1 dans la direction horizontale et une dimension m fois p2 dans la direction verticale et la résolution angulaire verticale est ainsi p2/dE rad et la résolution horizontale p1/dE.
  • Avantageusement le module de lumière 10 de l'invention peut être configuré, pour tous les modes de réalisation, afin d'obtenir une résolution angulaire horizontale ϕ de moins de 1°, préférablement moins de 0.6° et une résolution angulaire verticale Υ de moins de 0.6°, préférablement moins de 0.35°. Ainsi, par exemple, avec :
    • une résolution angulaire horizontale ϕ de 0.6°; et
    • une résolution angulaire verticale Υ de 0.35°; et
    • un nombre n de 15; et
    • un nombre m de 25;
    une surface illuminée de 5.2 m x 7.9m est réalisée sur un écran E positionné à 25 m du centre C. Dans cet exemple, à 25 m du module de lumière 10, la hauteur de chaque segment lumineux est d'environ 26cm sur l'écran E.
  • Tel qu'illustré dans les figures 10 et 11 le module de lumière produit un faisceau ayant une ouverture angulaire horizontale Φ et une ouverture angulaire verticale θ. L'ouverture angulaire horizontale Φ peut être plus élevée que 10°, préférablement plus élevé que 20°. L'ouverture verticale θ peut être plus élevée que 2°, préférablement plus élevé que 4°. Les différents éléments du module de lumière 10 peuvent être adaptés en fonction de l'angle total horizontal et vertical désiré ainsi que de la résolution angulaire horizontale et verticale. L'homme du métier saura ajouter dans le modules de lumière 10 des éléments optiques de correction en fonction de la nature des sources de lumière 14, de leur géométrie et de la distribution spatiale des faisceaux de lumière émise par ces sources 14, ainsi qu'en fonction du type du dispositif d'imagerie 30, et en fonction du type de l'élément primaire 40 selon l'invention, dont plusieurs modes de réalisation sont décrits dans le présent document.
  • Dans un mode de réalisation, le dispositif d'imagerie 30 possède une symétrie circulaire, relatif à l'axe optique O, et un diamètre défini dans un plan vertical est inférieur à 100mm, préférablement inférieur à 80 mm. Dans une variante, la dimension verticale du dispositif est différente de sa dimension horizontale. Dans ce cas, le plus grand diamètre défini orthogonalement à l'axe optique est inférieur à 100mm, préférablement inférieur à 80 mm.
  • Comme illustré dans les figures 8 et 9, et décrit en détail pour quelques exemples ci-après, le dispositif d'imagerie 30 peut comprendre des éléments réfléchissants ou être de type catadioptrique.
  • Dans un mode de réalisation représenté dans la figure 3, l'élément optique primaire 40 comporte un réseau de lentilles cylindriques 42 dont chaque lentille cylindrique 42 comprend un axe vertical C1 parallèle à une des rangées verticales 12B de sources de lumière 14. Le réseau 40 de lentilles cylindriques 42 comprend une surface d'entrée 42b de lumière et une surface de sortie 42a de lumière et forme une image, sur la surface virtuelle de projection 60. Préférablement chaque rayon de lumière émis par une source de lumière 14 est transféré par le réseau de lentilles cylindriques 42 sur la surface virtuelle de projection 60.
  • La distribution lumineuse de cette image est constituée d'une rangée horizontale de bandes lumineuses étirées verticalement.
  • Les lentilles cylindriques 12 sont agencées afin de former une image agrandie de la composante horizontale 14a des sources de lumière 14 dans le plan de projection virtuel 60. Le facteur d'agrandissement M, dans un plan horizontal, obtenu par les lentilles cylindriques 12 est donné par M = d2/d1 où d1 est la distance entre une source lumineuse 14 et la surface d'entrée de lumière 42b et d2 est la distance entre la surface de sortie de lumière 42a et la surface virtuelle de projection 60, tel qu'illustré dans la figure 3. Dans un exemple de réalisation le facteur d'agrandissement M est plus grand que 1.5, préférablement plus grand que 2 ou encore plus préférablement plus grand que 5.
  • Préférablement la dite surface d'entrée de lumière 42b est une surface plane verticale transversale. Dans une variante la surface d'entrée 40a peut comprendre aussi un deuxième réseau 40 de lentilles cylindriques 42, qui ne doit pas forcément être symétrique avec le réseau 40 de lentilles cylindriques 42 de la surface de sortie 42a. Dans une variante le réseau de lentilles cylindriques peut être constitué de deux éléments optiques, chacun comportant une structure permettant de réaliser une focalisation de lumière dans un plan horizontal et sans avoir d'effet de focalisation dans un plan vertical, mis à part l'effet de déviation des faisceaux incidents et qui est dû, comme déjà expliqué, à l'épaisseur et l'indice de réfraction du réseau de lentilles cylindriques.
  • Dans un mode de réalisation les surfaces de sortie 42a des lentilles cylindriques 42 ont, dans tout plan horizontal 34 une forme de section de cercle. Dans une variante cette forme est définie par un polynôme.
  • Dans une variante, des structures diffractives peuvent être agencées sur les surfaces d'entrée 42b et/ou les surfaces de sortie 42a des lentilles cylindriques.
  • L'homme du métier saura réaliser ces réseaux de lentilles par des méthodes de fabrication connues, tel que le moulage en plastique, la réplication ou encore la polymérisation de polymères sur une surface optique tel qu'une surface en verre.
  • Dans une variante, des éléments optiques additionnels peuvent être agencés entre le réseau 12 des sources de lumière 14 et le réseau 40 de lentilles cylindriques 42. Ces éléments optiques additionnels peuvent comprendre par exemple un réseau de microlentilles, ce qui peut être utile dans le cas de certains types des diodes électroluminescentes 14 qui ne comprennent pas de lentille de collimation intégrée.
  • Dans un mode de réalisation, le réseau de lentilles cylindriques 42 est conçu de telle sorte que les dites sources secondaires de lumière 62 sont jointives, tel qu'illustré dans la figure 1.
  • Dans une variante de réalisation, le réseau de lentilles cylindriques 42 est conçu pour que les dites sources secondaires de lumière 62 se recouvrent partiellement dans la direction horizontale H.
  • Dans un exemple de réalisation, le recouvrement, dans la direction horizontale H, des sources secondaires est inférieur à 20% de la largeur de leur composante horizontale 62a.
  • Bien entendu, les éléments optiques du module de lumière peuvent être optimisés et agencés pour que la distribution de l'intensité de l'image produit dans le champ lointain, par exemple à 25m de module de lumière 10, soit une distribution homogène, même si des sources secondaires se recouvrent partiellement dans la surface virtuelle de projection 60.
  • Dans un autre mode de réalisation, illustré dans les figures 4, 5, 6, 7, l'élément optique primaire 40 comprend un réseau 50 de guides de lumière 52 disposé entre le réseau 12, 12A, 12B de sources lumineuses 14 et le dispositif d'imagerie 30.
  • Les dits guides de lumière 52 ont une première surface 56 du côté du réseau 12 de sources de lumière 14 et une deuxième surface 58, aussi définie comme surface de sortie de lumière, opposée à la première surface 56, aussi définie comme surface d'entrée de lumière. La première surface 56 et la deuxième surface 58 sont connectées par des parois verticales 51, 53 qui sont configurées pour modifier, dans un plan selon l'axe horizontal et relatif à l'axe optique O, l'angle de propagation d'un rayon de lumière incident sur ces surfaces 51, 53. Les figures 4 et 5 montrent la propagation d'un rayon 16, 19, 21 respectivement émis par une source lumineuse 14, transmis par un guide de lumière 52 et projeté par un dispositif bifocale d'imagerie 30.
  • Dans un mode de réalisation préféré, la dite première surface 56 est à proximité immédiate, ou coïncidente, avec la surface de sortie 15 de lumière d'une source lumineuse 14 d'une rangée verticale 12B.
  • Le guide de lumière 52 comprend aussi une paroi supérieure 57 et inférieure 55 qui sont agencées de telle façon à ce qu'aucun rayon de lumière émis par une des rangées verticales 12B de sources de lumière ne soit incident sur ces surfaces, tel qu'illustrée dans la figure 5. La forme des surfaces supérieures 57 et inférieures 55 peut être plane ou peut être courbée, tel qu'illustré dans les figures 6 et 7. Dans un mode de réalisation les surfaces supérieures 57 et inférieures 55 n'ont aucune fonction optique et peuvent donc comprendre au moins une structure ou une structuration permettant de rendre l'assemblage de ce guide de lumière 52 dans le module de lumière 10 aisée et donc peu onéreux. L'homme du métier saura réaliser ces structures directement dans un moule d'un guide de lumière 52, réalisé par exemple en plastique injecté.
  • Dans un mode de réalisation, les guides de lumière 52 sont réalisés dans un matériau solide transparent tel qu'un plastique ou un verre. Dans toute section selon l'axe horizontal, la largeur de la première surface 56 est inférieure à la largeur de la deuxième surface 58. Comme illustré dans la figure 4, au moins une portion de la lumière émise par une source de lumière 14 est réfractée par la première surface 56 et subit au moins une réflexion totale sur une des parois latérales 51, 53. Ces parois latérales 51, 53 peuvent être planes ou peuvent être courbées. La forme de la projection horizontale des parois latérales 51, 53 peut être défini par un polynôme, par exemple une forme parabolique ou une forme de portion d'une ellipse ou une forme hyperbolique. La figure 6 montre une vue en perspective d'un guide de lumière 52 qui comporte des parois latérales 51, 53 planes. La figure 7 montre une vue en perspective d'un guide de lumière 52 qui comporte des parois latérales 51, 53 courbées. Dans tous les cas, les parois latérales 51, 53 sont configurées afin de réduire l'angle β de propagation, relatif à l'axe optique O, d'un rayon de lumière émis par une source lumineuse 14. Comme cela est représenté dans la figure 4 et 5 le guide de lumière 52 est positionné de telle façon à ce que la surface de sortie 58 est à proximité avec la surface virtuelle de projection 60. Dans une variante, la surface de sortie 58 coïncide avec la surface virtuelle de projection 60.
  • Similaire au mode de réalisation de la figure 3 comprenant un réseau de lentilles cylindriques 42, les guides de lumière 52 permettent de produire des sources secondaires 60 qui ont une dimension horizontale plus grande que la largeur horizontale 14a des sources de le lumière 14 et dont l'angle de propagation β des rayons de lumière transmis, relatif à l'axe optique O, est inférieur à l'angle d'émission α de ce rayon de lumière par la source d'émission 14 de ce rayon de lumière.
  • Dans une variante non représentée de l'invention, les guides de lumière 52 sont creux et comprennent une paroi dont au moins une portion des surfaces internes verticales 51, 53 sont réfléchissantes. Dans ce cas, les surfaces 56 et 58 sont respectivement une ouverture d'entrée de lumière 56 et une ouverture de sortie de lumière 58. L'effet optique d'agrandissement obtenu est similaire à celui des guides de lumière 52 réalisés dans un matériau transparents décrit ci-dessus. En effet, la source secondaire d'émission 62, qui se présente dans la surface virtuelle de projection 60, par le transfert de la lumière d'une source 14 par le guide de lumière 52, comprend une plus grande dimension horizontale que celle de la source de lumière 14. L'avantage d'un guide de lumière 52 réalisé avec des parois 51, 53 dont les surfaces internes sont réfléchissantes est d'obtenir une meilleure efficacité de transmission de lumière, notamment puisqu'il n'y a pas de pertes de lumière par réfraction par l'ouverture d'entrée. Par contre, des guides de lumière réfléchissants sont souvent plus onéreux à fabriquer car nécessitant notamment un revêtement de réfléchissant.
  • Dans une variante, illustrée dans la figure 6, les guides de lumière 52 présentent une forme trapézoïdale dans tout plan horizontal 34 et présentent une forme rectangulaire pour toute section définie dans un plan vertical parallèle au dit réseau 12.
  • Dans un exemple de réalisation, la largeur de la deuxième surface 58, pour toute section parallèle au plan horizontal 34, présente une dimension égale ou plus grande que le double de la largeur de la première surface 56.
  • Dans un autre exemple de réalisation, une dimension axiale dg des guides de lumière 52, définie dans l'axe optique O du module lumineux 10, est sensiblement identique à la dimension de l'intersection de la première surface 46 avec le plan horizontal 34.
  • Dans encore un autre exemple de réalisation, une dimension axiale dg des guides de lumière 52, définie dans l'axe optique O du module lumineux 10, est au moins 50% supérieure à la dimension de l'intersection de la première surface 56 avec le plan horizontal 34.
  • Comme cela est représenté dans les figures 8 et 9 le dispositif d'imagerie 30 peut comprendre des éléments réfléchissants R1, R2, R3. Ceci permet de réaliser des modules de lumière 10 qui sont plus courts dans la direction longitudinale L.
  • Dans un mode de réalisation, dont une vue de dessus est représentée dans la figure 8, le dispositif d'imagerie 30 comprend au moins un miroir R1 disposé dans une configuration dite hors axe. Cette configuration permet de réaliser une module de lumière d'une longueur w définie, dans la direction longitudinale, plus court que les variantes illustrées dans les figures 1, 2, 3, 4, 5.
  • Dans une autre variante, dont une vue de dessus est représentée dans la figure 9, le dispositif d'imagerie 30 est réalisé dans une configuration de type Cassegrain, comportant deux miroirs R2, R3 permettant aussi de réaliser des modules de lumière 10 plus compacts dans la direction longitudinale.
  • Dans d'autres variantes non représentées de l'invention, des configurations catadioptriques peuvent être mis en oeuvre pour le dispositif d'imagerie 30.

Claims (15)

  1. Module lumineux (10) de véhicule automobile, comprenant :
    - au moins un réseau (12) de sources lumineuses (14), comportant m rangées transversales (12A) et n rangées verticales (12B), le nombre n étant plus élevé que le nombre m;
    - au moins un dispositif (30) bifocal d'imagerie conçu pour projeter un faisceau lumineux, le dispositif d'imagerie (30) présentant une première surface de focalisation horizontale (30a) et une deuxième surface de focalisation verticale (30b) parallèle au dit premier plan;
    caractérisé en ce que
    le module lumineux (10) comporte au moins un élément optique primaire (40), qui ne modifie pas en sortie selon une direction verticale V l'angle des rayons incidents, agencé pour transférer la lumière émise par les dites sources lumineuses (14) sur une surface virtuelle de projection (60), définie entre le dit réseau (12) et le dispositif d'imagerie (30), et confondue avec le premier plan de focalisation (30a), de telle façon que les projections dans un plan selon un axe horizontal (H) des faisceaux émis (16) par les dites sources lumineuses (14) forment, dans la dite surface virtuelle de projection (60), des sources secondaires de lumière (62),
    et en ce que le deuxième plan de focalisation verticale (30b) est confondu avec la surface du réseau des sources lumineuses (14), et en ce que dans un plan horizontal (34), une dimension transversale des sources secondaires de lumière (62) est plus grande qu'une dimension transversale des sources lumineuses (14) et une ouverture angulaire (β) des faisceaux secondaires de lumière (18) émis par les sources de lumière secondaires (62) est inférieure à une ouverture angulaire (a) des faisceaux de lumière (16) émis par les dites sources lumineuses (14).
  2. Module lumineux (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément optique primaire (40) est un réseau de lentilles cylindriques (42), et l'axe longitudinal (C1) de chaque lentille cylindrique (42) est parallèle à une des rangées verticales (12B) de sources lumineuses (14).
  3. Module lumineux (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lentilles cylindriques (42) sont conçues pour former, dans la surface virtuelle de projection (60), des sources secondaires de lumière (62) dont la composante horizontale (62a) est un agrandissement d'un facteur M de la composante horizontale (14a) des sources lumineuses (14).
  4. Module lumineux (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le facteur d'agrandissement M est au moins égal à 2.
  5. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les lentilles cylindriques (42) sont conçues de telle sorte que lesdites sources secondaires de lumière (62) sont jointives.
  6. Module lumineux (10) selon les revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les lentilles cylindriques (42) sont conçues pour que lesdites sources secondaires de lumière (62) se recouvrent partiellement dans la direction horizontale (H).
  7. Module lumineux (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le recouvrement des sources secondaires de lumière (62) dans la direction horizontale (H) est inférieur à 20% de la largeur de leur composante horizontale (62a).
  8. Module lumineux (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément optique primaire (40) comprend un réseau de guides de lumière (50) disposé entre le dit réseau (12, 12A, 12B) de sources lumineuses (14) et le dispositif d'imagerie (30).
  9. Module lumineux (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réseau de guides de lumière (50) est constitués de guides de lumière (52) ayant une première surface (56) du côté dudit réseau (12) et une deuxième surface (58) opposée à la première surface (56) présentant, dans tout plan selon l'axe horizontal (34), une largeur supérieure à la largeur de la première surface (56).
  10. Module lumineux (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les guides de lumière (52) présentent une forme trapézoïdale dans tout plan selon l'axe horizontal (34) et une forme rectangulaire dans toute section définie dans un plan vertical parallèle au dit réseau (12).
  11. Module lumineux (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les guides de lumière (52) comprennent des parois latérales (51, 53) ayant une forme courbée dans tout plan selon l'axe horizontal (34).
  12. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que ladite première surface (56) est à proximité immédiate avec la surface de sortie (15) de lumière d'une source lumineuse (14) de ladite rangée verticale (12B).
  13. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que, dans tout plan selon l'axe horizontal (34), la largeur de la deuxième surface (58) présente une dimension égale ou plus grande que le double de la largeur de la première surface (56).
  14. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'élément optique primaire (40) comprend des éléments optiques diffractifs.
  15. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que n est au moins égal à 10 et en ce que m est au moins égal à 20.
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