FR2578955A1

FR2578955A1 - Projecteur de vehicule automobile incorporant un reflecteur parabolique et un reflecteur elliptique

Info

Publication number: FR2578955A1
Application number: FR8503763A
Authority: FR
Inventors: Patrick Deves; Jean-Pierre Aynie
Original assignee: Cibie Projecteurs SA
Current assignee: Cibie Projecteurs SA
Priority date: 1985-03-14
Filing date: 1985-03-14
Publication date: 1986-09-19
Also published as: DE3608447A1; JPS61216201A; FR2578955B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROJECTEUR DE VEHICULE DU TYPE COMPORTANT UNE SOURCE LUMINEUSE, UN REFLECTEUR ELLIPTIQUE A DEUX FOYERS, DONT L'UN SE TROUVE AU VOISINAGE DE LA SOURCE LUMINEUSE ET L'AUTRE EN AVANT DE CETTE SOURCE, ET UN REFLECTEUR PARABOLIQUE DONT LE FOYER EST AU VOISINAGE DU FOYER AVANT DU REFLECTEUR ELLIPTIQUE. LE REFLECTEUR ELLIPTIQUE 10 EST UN DEMI-ELLIPSOIDE. LE REFLECTEUR PARABOLIQUE20 EST UN DEMI-PARABOLOIDE DONT L'AXE22 EST PARALLELE A L'AXE LONGITUDINAL DU VEHICULE. L'EXCENTRICITE DU REFLECTEUR ELLIPTIQUE ETANT E, LE PARAMETRE DU REFLECTEUR PARABOLIQUE ETANT P, LA HAUTEUR DU SECTEUR PARABOLIQUE ENTRE LES DEUX PLANS DE COUPE HORIZONTAUX ETANT EGALE A H, LES TROIS PARAMETRES SONT LIES AU MOINS APPROXIMATIVEMENT PAR LA RELATION: (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

t,a présente invention concerne .es projecteurs de véhicules automobiles, du type comportant une source lumineuse, un réflecteur elliptique à deux foyers, dont l'un se trouve au voisinage de la source lumineuse et l'autre en avant de cette source, et un réflecteur parabolique dont les foyer est au voisinage du foyer avant du réflecteur elliptique, de telle sorte que les rayons issus de la source, renvoyés par le miroir elliptique en direction du foyer du miroir parabolique sont finalement réfléchis par ce dernier selon un faisceau de rayons sensiblement parallèles qui constitue le faisceau du projecteur.

Une telle construction de projecteurs n'est pas très répandue. En effet, dans les projecteurs automobiles habituels, on utilise un réflecteur parabolique avec une lampe à son foyer et une glace de répartition lumineuse disposée en avant de ce réflecteur parabolique. Mais la structure optique ci-dessus définie, dans laquelle la source lumineuse coopère avec un réflecteur elliptique formant récu pérateur de flux présente l'avantage de permettre une récupération optimale du flux lumineux issu de la source : un ré-flecteur elliptique enveloppe la source sur un angle solide plus important qu'un réflecteur parabolique, alors même que le volume occupé par un réflecteur elliptique est en général plus réduit, pour une même source lumineuse et à flux émis égal, que le volume occupé par un réflecteur parabolique.A titre d'exemples de la technique antérieure, on peut citer le vieux brevet américain
US 1'981 328, le brevet français FR 69.40151 (2067925), la demande de brevet allemand publiée DE 33 17 149.

Compte tenu de l'état de la technique antérieure un homme de métier sait utiliser généralement la coopération d'un réflecteur elliptique et d'un réflecteur parabolique pour obtenir les différentes répartitions de faisceau lumineux utiles en éclairage automobile. En particulier, il sait obtenir des faisceaux lumineux coupés en utilisant un écran de coupure disposé au voisinage du foyer du réflecteur parabolique, sur le trajet de rayons lumineux renvoyés par le réflecteur elliptique. Un tel écran de coupure délimite ainsi, sur le réflecteur parabolique, la zone qui reçoit les rayons lumineux et contribue ainsi à la formation du faisceau coupé émis. Le faisceau coupé ainsi obtenu peut être un faisceau de croisement, tel que défini par les normes françaises et européennes.

Mais dans les structures mixtes elliptique/parabolique connues jusqu'à présent, on a en général défini le système optique sans définir la combinaison de paramètres dimensionnels géométriques et optiques qui permette d'obtenir les meilleurs résultats, non seulement sur le plan de l'efficacité lumineuse, mais aussi sur le plan de l'encombrement et de la facilité d'implantation sur un véhicule automobile.

A cet égard, le but principal de l'invention est de définir des projecteurs de faible hauteur dont les performances photométriques sont optimisées par la mise en oeuvre d'un compromis approprié entre l'excentricité du réflecteur elliptique coopérant avec la source lumineuse, et le paramètre du réflecteur parabolique.

Pour ce faire, on donne au projecteur selon l'invention les caractéristiques suivantes
a) l'axe optique du réflecteur elliptique est un axe horizontal s'étendant transversalement à l'axe longitudinal du véhicule, de préférence orthogonalement à l'axe longitudinal du véhicule
b) ce réflecteur elliptique a une forme voisine d'un demi-ellipsoide et son ouverture correspond à un cercle dont le rayon est sensiblement égal au petit axe de l'ellipsoide
c) le réflecteur parabolique est constitué par un secteur d'un demi-parabololde dont l'axe est parallèle à l'axe longitudinal du véhicule, compris entre deux plans de coupe horizontaux et sur plan frontal sensiblement vertical
d) l'excentricité du réflecteur elliptique étant e, le paramètre du réflecteur parabolique étant
P, la hauteur du secteur parabolique entre les deux plans de coupe horizontaux étant égale à H, les trois paramètres sont liés au moins approximativement par la relation

Comme on le comprendra par la suite, une telle relation correspond à l'utilisation optimale du flux récupéré par le réflecteur elliptique, qui dépend de l'excentricité du réflecteur elliptique, alors que le choix du paramètre P du réflecteur parabolique conditionne l'intensité du faisceau émis.

Avantageusement, l'ouverture du réflecteur elliptique est prise égale à H.

L'ensemble des conditions ci-dessus définies permet non seulement un rendement lumineux optimal, mais aussi une implantation optimale sur un véhicule automobile.

Le projecteur selon l'invention peut en effet être logé dans un espace dont la hauteur vertu cale est légèrement supérieure à la hauteur H, cet espace comportant un compartiment transversal allongé et une fenêtre de lumière longitudinale laissant passer l'ensemble des rayon lumineux.

Le compartiment transversal est très facile à loger sur un véhicule automobile. La fenêtre de lumière longitudinale, de hauteur réduite H, et de largeur relativement faible en correspondance avec la largeur de la partie utile du réflecteur parabolique, n'occupe qu'un espace réduit de la surface frontale du véhicule.

L'invention ci-dessus définie s'applique à tout projecteur de véhicule, quelle que soit la nature du faisceau émis.

Lorsque l'on veur plus particulièrement obtenir un faisceau coupé, on interpose un écran de coupure sur le trajet des rayons lumineux au voisinage du foyer du réflecteur parabolique.

Un autre objet de la présente invention est de proposer une disposition optimale de l'écran de coupure, permettant d'obtenir une netteté optimale de la coupure.

Selon cet autre aspect de l'invention, l'écran de coupure doit être très voisin d'un plan, et ce plan, perpendiculaire au plan des deux axes optiques des deux réflecteurs doit avoir une orientation de 38 à 500, de préférence de 43 à 460 par rapport à l'axe du réflecteur parabolique. Dans une définitipn équivalente, le plan de l'écran s'étend sensiblement parallèlement au plan tangent au réflecteur parabolique au point d'intersection de l'axe du réflecteur elliptique avec le réflecteur parabolique.

Des essais empiriques confirmés par des calculs théoriques montrent que l'on atteint un optimum de netteté pour la coupure réalisée par un tel écran.

D'autres caractéristiques et avantages de i'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre et en se référant aux dessins annexés donnés à titre-d'exemples non limitatifs. Sur ces dessins
- La figure 1 représente schématiquement en coupe horizontale le système optique d'un projecteur selon l'invention conjuguant un demi-réflecteur elliptique et un demi-réflecteur parabolique.

- La figure 2 représente en vue de dessus l'implantation d'un tel projecteur dans un double compartiment intégré à un véhicule automobile, les références de la figure 1 étant utilisées sur les autres figures.

- La figure 3 est une vue de face correspondant à la figure 2, et montrant, vue de l'avant, ladite implantation dans un véhicule automobile.

Sur la figure 1 se trouvent dé-finies les caractéristiques géométriques et optiques du nouveau projecteur selon l'invention. Ce projecteur comporte un demi-réflecteur elliptique 10, comportant un premier foyer 11, proche du fond du réflecteur elliptique, et un second foyer 12 éloigné du réflecteur elliptique, les foyers 11 et 12 se situant sur un axe optique de révolution 13. Une source lumineuse, constituée dans ltexemple représenté par un filament axial 16, est disposée au voisinage du foyer 11. Le demi-réflecteur elliptique 10 a son plan d'ouverture 17 équidistant des foyers 11 et 12. Avec une telle disposition, le réflecteur elliptique 10 enveloppe la source lumineuse 16 sous un grand angle solide.

Les rayons lumineux issus de la source 16 sont réfléchis par le réflecteur elliptique 10 et viennent converger au voisinage du foyer 12. Sur la figure 1, on a représenté deux rayons limites extrêmes Ri et
R2, renvoyés par le bord 17 du réflecteur t0 selon
R'1 et R'2.

On comprend facilement que le réflecteur 10 a un rôle premier de collecteur de flux lumineux émis par la source 16, le rendement entre le flux émis par la lampe 16 et le flux renvoyé par le réflecteur elliptique 10 dépendant au premier chef de l'excentricité e du réflecteur elliptique 10.

Le système optique du projecteur selon l'invention comprend d'autre part un demi-secteur de réflecteur parabolique 20, de foyer 21, et d'axe optique 22, parallèle à l'axe longitudinal du véhicule.

Les axes optiques 13 et 22 sont sensiblement orthogonaux. Les foyers 21 et 12 sont sensiblement confondus, ou du moins très voisins.

Le demi-secteur parabolique 20 est limité par un plan vertical passant par son axe optique 22, par un plan frontal de contour 23, perpendiculaire à l'axe 22, et par deux plans de coupe horizontaux, 24 et 25, non visibles sur la figure 1.

On a représenté le trajet des rayons extrêmes R1 et R2 qui, comme on l'a indiqué sont renvoyés en R'1, R'2, par le réflecteur elliptique 10, passent au voisinage du foyer 12 du réflecteur elliptique, c'est-à-dire au voisinage du foyer 21 du réflecteur parabolique 20, vienne frapper ce réflecteur parabolique, et sont eux-mêmes réfléchis en R"1 et R"2, pour constituer les rayons extrêmes finalement émis par le projecteur, le plan de contour 23 du réflecteur parabolique 20 constituant le contour de sortie de lumière du projecteur.

Un tel système optique peut être adapté pour que les rayons finalement émis après deux réflexions constituent un faisceau d'éclairage de tout type approprié. Si l'on veut que ce faisceau soit un faisceau de coupure, on dispose, de façon connue en elle-même, sur le trajet des rayons, un écran 30, qui passe sensiblement par les foyers confondus 12 et 21, et dont le bord supérieur 31 forme bord de coupure. Ainsi, le réflecteur parabolique 20 recueille le flux lumineux renvoyé par le miroir elliptique 10, coude le faisceau lumineux et projette à l'infini l'image de l'écran 30 passant par son foyer 21.

Comme on l'a exposé, le problème de l'in vention réside dans la définition optimale des caractéristiques dimensionnelles et optiques des deux réflecteurs, et aussi dans le positionnement optimal d'un éventuel écran de coupure.

Le but de l'invention est d'abord d'obtenir des projecteurs de véhicules automobiles ayant une faible hauteur, c'est-à-dire implantables sur des véhicules dans des compartiments de faible hauteur, tout en réalisant par ailleurs le meilleur compromis entre l'excentricité du-réflecteur elliptique (demi ellipsolde) et le paramètre du réflecteur parabolique.

Si l'on appelle l t ouverture du réflecteur elliptique 10 (demi-ellîpsoide) et H la hauteur maximale du système optique du projecteur, il faut, pour que le réflecteur elliptique puisse etre mis en place que
g C H
Selon l'invention, on choisit l'ouverture 0 égale ou sensiblement égale à H.

Ce choix fait, il faut aussi que le secteur parabolique 20, délimité par des plans horizontaux 24 et 25 (voir figure 3) soit également limité à la hauteur H.

Ces deux choix étant faits, il reste à déterminer le meilleur compromis entre l'excentricité du réflecteur elliptique et le paramètre du réflecteur parabolique.

Selon l'invention, le meilleur compromis est atteint lorsque l'ensemble du faisceau lumineux renvoyé par le miroir elliptique 10 se trouve effectivement repris de façon utile par la surface du réflecteur parabolique 20 comprise entre les plans horizontaux de coupe 24 et 25.

Comme on va le démontrer ci-après, il existe une condition liant l'excentricité e du miroir elliptique 10 au paramètre P du miroir parabolique pour que cette condition soit satisfaite.

L'ensemble des rayons réfléchis par le réflecteur elliptique 10 forme un cône dont le sommet se situe sensiblement au point de coincidence des foyer 12 et 21. L'angle au sommet oc de ce cône est égal à 2 Arc

dans lequel e est l'excentricité du réflecteur elliptique 10 (entendu mathématiquement comme l'excentricité d'une surface elliptique). Ce cône de rayons lumineux d'axe 13 vient frapper le secteur parabolique 20. On sait que lorsque le sommet d'un cône est au foyer d'un parabololde, l'intersection du cône et du parabololde est située dans un plan, sa trace étant une ellipse, et sa projection dans un plan perpendiculaire à l'axe 22 de la surface parabolique est un cercle.En l'espèce, la projection sur le contour d'ouverture 23 du secteur parabolique 20 de la zone éclairée par le cône de rayons lumineux de sommet 21 et d'ouverture - est un cercle dont le diamètre figure en C sur la figure 1. Ce cercle C constitue également la section transversale du faisceau renvoyé par le réflecteur parabolique 20.

Pour une utilisation optimale de ce faisceau en tant que faisceau émis par le projecteur, il importe que le cylindre dont la directrice est un tel cercle C et la génératrice parallèle à l'axe 22 du secteur parabolique 20, soit entièrement compris entre les plans de section 24 et 25 séparés par la hauteur minimale choisie H
Le calcul montre que le flux récupéré par le réflecteur elliptique 10 à partir de la source lumineuse 16 est entièrement retransmis en flux émis par le secteur parabolique 20 si lwon respecte la condition suivante

ou

dans laquelle e est l'excentricité du réflecteur elliptique, P le paramètre du réflecteur parabolique et
H la hauteur du système optique du projecteur.

Le choix de l'excentricité e fixe le rendement en flux lumineux capte par le réflecteur elliptique ; le choix du paramètre P de la parabole conditionne l'intensité lumineuse maximale dans le faisceau.

En prenant la condition d'égalité cidessus, on détermine une valeur H optimale.

Le choix de H peut aussi être modulé moyennant une diminution du flux renvoyé par le réflecteur elliptique et/ou une perte d'intensité dans le faisceau par une limitation de la surface du réflecteur parabolique.

Par exemple, si P = 50 mm, H = 85 mm
e doit être supérieur ou égal à 0,76.

Dans ce cas, on peut envisager une perte de l'ordre de 10 t sur les critères photometriques pour obtenir une diminution de hauteur de 25 8,
Dans ce cas, l'encombrement vertical du projecteur peut cotre limité à 65 mm au lieu de 85 mm
On voit que la condition ci-dessus énoncée peut être satisfaite d'une façon approximative tout en procu- rant cependant des projecteurs utilisables.

On a ainsi défini les choix optimaux du paramètre P du réflecteur parabolique et de 1'ecen- tricité e du réflecteur elliptique, pour l'obtention d'une hauteur-H minimale pour le système optique du projecteur, cette hauteur H apparaissant comme la hauteur utile du secteur de réflecteur parabolique, et l'ouverture du réflecteur elliptique.

On voit sur les figures 2 et 3 le schéma d'implantation d'un tel projecteur sur un véhicule automobile, les références de la figure 1 étant conservées.

L'implantation se fait dans deux compartiments perpendiculaires, à savoir un compartiment transversal 50, et un compartiment longitudinal 60, réunis pour former en vue de dessus une forme géné- rale en L, comme on le voit bien sur la figure 2.

Les compartiments réunis 50 et 60 peuvent être constitués de boîtiers de projecteurs intégrés ou non à la carrosserie du véhicule. Le compartiment longitudinal 60, en avant de la partie utile du secteur parabolique 20 forme fenêtre de lumière, en étant fermé par une glace frontale 70. Cette glace frontale 70 constitue la partie frontale du projecteur.

Par ailleurs, comme représenté, les divers éléments optiques, à savoir, la source lumi neuve ou lampe 16, les deux réflecteurs 10 et 20, l'écran 30, sont avantageusement montés sur un socle 100 par l'intermédiaire de platines de montage référencées globalement sur les figures 2 et 3, 16a, 10a, 20a, 30a.

Comme on le voit sur la figure 3, l'écran 30, employé pour réaliser un faisceau de coupure, a son bord 31 dans le plan médian central des axes optiques -des deux réflecteurs.

Il a une forme générale plane, comme représenté, et il est perpendiculaire au plan des deux axes optiques {13, 22).

Selon une caractéristique de l'invention, et comme on le voit bien sur la figure 3, on donne à cet écran une orientation préférentielle.

Selon l'invention, le plan général de l'écran 30 fait avec l'axe 22 du réflecteur parabolique un angle P qui est avantageusement compris entre 38 et 500, de préférence entre 42 et 47D.

Dans une autre formulation équivalente, on peut dire que le plan général de l'écran 30 est parallèle au plan 29 qui est tangent à la surface du réflecteur parabolique 20 au point 28, là où l'axe optique 13 du réflecteur elliptique 10 recoupe le réflecteur parabolique. L'expérience montre en effet que c'est une telle orientation qui donne les meilleures conditions de coupure, et en particulier, une meilleure netteté de coupure.

Un tel optimum se constate empiriquement en donnant diverses orientations à l'écran 30 autour d'un axe vertical passant par le point focal (12, 21) qui est commun aux deux réflecteurs.

La présence d'un tel optimum a été vérifiée par la Demanderesse sur toute une gamme de valeurs de e, P, H.

L'existence d'un optimum n'avait pas été constaté dans l'état de la technique antérieure. En général, les écrans proposés se trouvaient orientés parallèlement au contour du réflecteur elliptique 10, dans le dessein de couper simplement le faisceau émis par le réflecteur elliptique perpendiculairement à son axe.

Les valeurs angulaires ci-dessus ne sont pas changées considérablement si l'angle de l'axe optique 13 par rapport à l'axe optique 20 s'écarte de l'angle droit. Il semble que dans ce cas, l'optimum reste réalisé si l'écran reste toujours sensiblement parallèle au plan tangent à la surface du réflecteur parabolique au point où ce réflecteur parabolique est intersecté par l'axe du réflecteur elliptique.

Un calcul par ordinateur cherchant l'optimisation du bord 31 de l'écran 30 confirme au premier ordre l'orientation optimale du plan général de l'écran 30. Bien entendu d'ailleurs, l'écran 30 doit avoir une forme générale plane, mais ceci ne signifie pas qu'il ne doit pas avoir, au second ordre, une certaine incurvation pour améliorer encore l'effet de coupure.

Claims

REVENDICATIONS

1. Un projecteur de véhicule automobile, du type comportant une source lumineuse, un réflecteur elliptique à deux foyers, dont l'un se trouve au voisinage de la source lumineuse et l'autre en avant de cette source, et un réflecteur parabolique dont le foyer est au voisinage du foyer avant du réflecteur elliptique, caractérisé en ce que

a) l'axe optique (13) du réflecteur elliptique (10) est un axe horizontal s'étendant transversalement à l'axe longitudinal du véhicule, de préférence orthogonalement à 1 axe longitudinal du véhicule

b) ce réflecteur elliptique (10) a une forme voisine d'un demi-ellipsolde et son ouverture (17) correspond à un cercle dont le rayon est sensiblement égal au petit axe de l'ellipsolde ;;

c) le réflecteur parabolique est constitué par un secteur d'un demi-paraboloide (20) dont l'axe (22) est parallèle à l'axe longitudinal du véhicule, compris entre deux plans de coupe horizontaux (24,25) et un plan frontal sensiblement vertical (23)

d) l'excentricité du réflecteur elliptique étant e, le paramètre du réflecteur parabolique étant P, la hauteur du secteur parabolique entre les deux plans de coupe horizontaux (24,25) étant égale à H, les trois paramètres sont liés au moins approximativement par la relation

2. Un projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lsouverture du réflecteur elliptique (10) est sensiblement égale à Ho

3.Un projecteur selon Itune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un écran de coupure (30) passant sensiblement par les foyers sensiblement confondus (12 et 21) des deux réflecteurs (10 et 20) est disposé perpendiculairement au plan des deux axes optiques (13 et 22) des deux réflecteurs (10 et 20).

4. Un projecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le plan général de l'écran (30) fait un angle compris entre 38 et 500, de préférence entre 42 et 470 avec l'axe (22) du réflecteur parabolique (20).

5. Un projecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le plan général de l'écran (30) est sensiblement parallèle au plan tangent (29) au réflecteur parabolique (20) au point (28) où l'axe (13) du réflecteur elliptique (10) coupe le réflecteur parabolique (20).