FR2678045A1 - Projecteur comportant des moyens correcteurs optiques entre le reflecteur et la glace, notamment pour vehicule automobile. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un projecteur notamment de véhicule automobile comprenant une source lumineuse allongée (20) et un réflecteur (30) dont au moins une zone engendre par réflexion des images de la source dont l'orientation est fortement inclinée par rapport à l'horizontale. Ce projecteur comprend au moins un élément optique (10) comprenant une face réfléchissante parallèle à la direction des rayons incidents et inclinée sur l'horizontale, des moyens pour rabattre les rayons incidents en direction de ladite face et les rayons réfléchis par ladite face jusque dans une direction proche de celle des rayons incidents, l'inclinaison de la face réfléchissante étant choisie pour provoquer un pivotement des images jusque dans une orientation d'inclinaison moindre par rapport à l'horizontale.

Description

La présente invention concerne les projecteurs notamment pour véhicules automobiles.

Classiquement, un réflecteur de projecteur est associé à une source lumineuse de dimensions non négligeables, par exemple de forme allongée , et engendre de ce fait dans certaines zones des images verticales de la source ayant une taille importante. C'est le cas aussi bien avec les réflecteurs du genre parabolique qu'avec des réflecteurs de conception plus récente, capables d'engendrer par eux-mêmes, c'est-à-dire sans prévoir de coupelle d'occultation et pratiquement sans intervention d'éléments correcteurs sur la glace, un faisceau ayant une configuration donnée, et notamment délimités par une coupure rectiligne ou non.

Par exemple, dans un projecteur à filament axial, les zones du réflecteur qui engendrent de grandes images verticales sont des zones situées à proximité de la lampe, au-dessus et au-dessous de celle-ci.

Ces grandes images conduisent à créer sur la route, à faible distance du véhicule, une tache claire qui perturbe la vision des détails plus lointains.

Une solution bien connue à ce problème consiste à effectuer un étalement latéral important de cette lumière en prévoyant des stries ou prismes appropriés sur la glace de fermeture du projecteur. L'intensité de la tache claire est ainsi diminuée. Mais 1 r inconvénient de cette solution est qu'elle gaspille de la lumière, au détriment du rendement effectif du projecteur.

Plus généralement, on a depuis longtemps cherché à éliminer ou à corriger ce type d'image gênante, sans qu'une solution décisive n'ait été trouvée.

La présente invention propose de nouveaux moyens qui permettent de traiter les grandes images verticales, ou plus généralement fortement inclinées par rapport à l'horizontale, engendrées par certaines parties d'un réflecteur, pour qu'elles puissent après ce traitement participer utilement au faisceau.

Elle propose à cet effet un projecteur notamment de véhicule automobile, du type comprenant une source lumineuse allongée, un réflecteur dont au moins une zone engendre par réflexion des images de la source dont l'orientation est fortement inclinée par rapport à l'horizontale, et une glace de fermeture, caractérisé en ce qu'il comprend, en regard d'au moins une partie de ladite zone au moins prévue, un dispositif optique constitué d'au moins un élément optique comprenant une face réfléchissante essentiellement parallèle à la direction des rayons incidents et inclinée par rapport à un plan horizontal, des premiers moyens pour rabattre les rayons incidents en direction de ladite face et des seconds moyens pour rabattre les rayons réfléchis par ladite face jusque dans une direction proche de celle des rayons incidents, l'inclinaison de la face réfléchissante étant choisie pour provoquer un pivotement des images jusque dans une orientation d'inclinaison moindre par rapport à l'horizontale.

L'épaisseur du faisceau est de la sorte réduite, pour éviter les inconvénients précités, sans perte de lumière.

D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaitront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est une vue en perspective expliquant le comportement d'un élément optique faisant partie d'un dispositif optique selon une forme de réalisation concrète de l'invention,
la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un élément optique selon l'invention,
la figure 3 est une autre vue en coupe transversale d'un élément optique selon l'invention,
la figure 4 illustre un premier mode d'association d'éléments optiques selon l'invention pour réaliser un dispositif optique,
la figure 5 illustre un deuxième mode d'association d'éléments optiques selon l'invention,
la figure 6 est une vue schématique et partielle en perspective d'un premier type de projecteur équipé d'un dispositif optique selon l'invention,
la figure 7 est une vue schématique et partielle en perspective d'un deuxième type de projecteur équipé d'un dispositif optique selon l'invention,
la figure 8 est une vue schématique et partielle en perspective du projecteur du premier type équipé d'un dispositif optique selon une variante de réalisation,
la figure 9 illustre en perspective une variante d'association d'éléments optiques selon l'invention,
la figure 10a illustre, par un ensemble de courbes isocandéla dans un plan de projection, la forme du faisceau lumineux délivré par un projecteur selon la technique antérieure, et
la figure 10b illustre de la même manière la forme du faisceau lumineux délivré par un projecteur équipé d'un dispositif optique selon l'invention.

On notera préliminairement que, d'une figure à l'autre, des éléments ou parties identiques ou similaires ont été désignés par les mêmes signes de référence.

En référence à la figure 1, on a représenté un élément en forme de prisme 10, réalisé par exemple en verre d'indice de réfraction homogène et bien déterminé, comportant une face d'entrée réfringente plane 11, une face de sortie réfringente plane 12, une face plane de réflexion totale 13 et une face plane 14 de préférence parallèle à la face 13 mais n intervenant pas sur le plan optique.

On a également représenté des rayons incidents R1 associés à une image essentiellement verticale d d'un filament, telle que produite par un point d'un réflecteur de projecteur non représenté.

Le prisme 10 est conçu pour que ses faces d'entrée et de sortie 11, 12 soient inclinées d'un angle a d'environ 450 par rapport au plan de la face 13. Le plan de cette face 13 est en l'espèce incliné d'un angle ss d'environ 450 par rapport à un plan horizontal Ph et coupe ce plan selon une droite parallèle à la direction générale des rayons incidents.

Comme on le verra en détail plus loin, la hauteur des faces d'entrée et de sortie 11, 12 et la longueur de la face de réflexion 13 sont choisies de façon bien précise l'une par rapport à l'autre, en fonction notamment de l'indice de réfraction du matériau du prisme
Le comportement optique d'un prisme ainsi défini et positionné est tel qu'il effectue une rotation du faisceau incident, sur un angle égal au double de l'angle ss précité, et en l'espèce sur un angle de 900. Plus spécifiquement, les rayons R1 sont déviés par la face d'entrée 11, par réfraction, en direction de la face réfléchissante 13 (rayons R1'). Après réflexion, les rayons (notés R2') sont à nouveau déviés par réfraction au niveau de la face de sortie 12, pour obtenir en sortie des rayons R2 parallèles aux rayons incidents R1, mais dont la répartition a été décalée de 900 grâce à la réflexion sur la face inclinée 13. De la sorte, une image verticale I1 du filament est convertie par l'élément optique 10 en une image horizontale désignée par la référence I2.

Ainsi le prisme élémentaire défini ci-dessus, en étant judicieusement positionné entre le réflecteur et la glace de fermeture d'un projecteur, permet de modifier l'orientation d'images verticales produites par certaines zones du réflecteur pour les ramener dans une direction horizontale.

Bien entendu, le prisme décrit ci-dessus est également utile pour des images présentant une certaine inclinaison, limitée, par rapport à la verticale, car l'effet obtenu est alors de donner aux images en sortie de prisme la même inclinaison, mais par rapport à l'horizontale.

Par ailleurs, l'angle ss défini plus haut peut prendre des valeurs différentes de 450, pour obtenir d'une façon générale une rotation des images d'un angle égal à 2ss. Ainsi, en regard d'une zone du réflecteur qui engendre des images du filament dont l'inclinaison par rapport à la verticale est comprise par exemple entre 10 et 300, on peut utiliser un prisme 10 dont la position est caractérisée par un angle ss de 350. La rotation impartie sera alors de 700, soit une inclinaison des images en sortie comprise entre 80 et 1000 par rapport à la verticale, c'est-à-dire entre -10 et 100 par rapport à l'horizontale.

La figure 2 illustre trois rayons incidents R1 et leur trajet à travers le prisme 10 pour donner trois rayons émergents R2.

La figure 3 indique par ailleurs des dimensions critiques H, B et C du prisme. H est l'épaisseur du prisme, C la longueur des faces d'entrée et de sortie et
B la longueur de la face à réflexion totale.

On comprend que ces dimensions doivent être choisies de manière à ce que l'intégralité du rayonnement incident se retrouve en sortie, c'est-à-dire que la face réfléchissante 13 couvre toute l'étendue du rayonnement après réfraction au niveau de la face 11, et que la face réfringente de sortie 12 couvre toute l'étendue du rayonnement après réflexion sur la face 13, comme illustré sur la figure 2. Cette condition est cependant une condition minimale, correspondant au cas théorique ou tous les rayons incidents sont parallèles à une direction donnée. Des calculs permettent de démontrer que, pour un indice de réfraction de 1,5, le rapport théorique B/C est d'environ 3,04.

Mais dans le cas pratique où le faisceau incident présente une certaine divergence, il peut être avantageux de prévoir une zone 13 plus longue. En particulier, pour une ouverture de faisceau de 50, le rapport B/C peut atteindre une valeur de l'ordre de 5, variant selon l'indice de réfraction. En pratique, en jouant sur la valeur de ce rapport, on peut au choix privilégier la partie du rayonnement parallèle au plan de réflexion ou au contraire la partie du rayonnement divergente.

En revanche, si la valeur du rapport B/C est excessivement accrue, on observe au sein du prisme des réflexions multiples entre les faces parallèles 13 et 14, et la rotation recherchée du rayonnement est obtenue seulement pour les rayons ayant été soumis à un nombre impair de réflexions.

Ce cas extrême peut être exploité dans le cas précis où l'on cherche à soumettre à rotation seulement une partie du rayonnement, tout en laissant intact le reste dudit rayonnement.

D'une façon générale, pour un indice de réfraction de l'élément 10 compris entre 1,45 et 1,65, on choisit avantageusement un rapport B/C compris entre 2 et 5.

Comme on vient de l'indiquer, le rapport B/C, dans tous les cas, ne doit pas être inférieur à une limite déterminée. Ainsi, dans le cas où la zone qui doit être couverte par le prisme 10 aurait une hauteur de plusieurs centimètres, l'épaisseur H devrait être choisie en conséquence et il faudrait donner à ce prisme un encombrement axial (dimension B) très important, par exemple supérieur à 10 cm, ce qui n'est pas souhaitable.

Afin de limiter cet encombrement, on utilise de préférence un dispositif optique 100 comportant une pluralité d'éléments prismatiques individuels, disposés par exemple de façon empilée.

La figure 4 représente un premier mode d'empilement de tels prismes, selon lequel les prismes sont deux-à-deux disposés tête-bêche.

On a représenté sur la figure 5 un deuxième mode d'empilement de tels prismes, selon lequel tous les prismes 10 ont même orientation.

Ces empilements peuvent demander un traitement réfléchissant spécial de la face réfléchissante de chaque prisme.

La forme de réalisation de la figure 4 est avantageuse en ce qu'elle évite toute zone d'ombre sur les faces d'entrée 11 des prismes, zone d'ombre qui est indiquée en ZO sur la figure 5 et qui ne peut recevoir de rayons divergents du fait du débordement de l'élément prismatique situé immédiatement au-dessus.

Dans le cas de la figure 4, quelle que soit l'inclinaison des rayons incidents, dans des limites données, chaque rayon rencontre la face d'entrée d'un prisme.

La figure 6 représente un projecteur qui comprend une source lumineuse 20 telle que le filament incandescent d'une lampe et un réflecteur 30, par exemple du genre parabolique, focalisé au voisinage de la source 20. Il comprend également une glace de fermeture non représentée par souci de simplification. La source 20 est orientée axialement, ce qui signifie que ce sont des zones du réflecteur 30 situées au-dessus et au-dessous de la source, à proximité de celle-ci, qui engendrent des images verticales plus ou moins grandes.

On a représenté schématiquement trois éléments prismatiques 10 du type décrit plus haut, qui sont superposés sensiblement sur un axe vertical central zz, au-dessous d'un axe horizontal transversal yy. Bien entendu, des éléments 10 peuvent être également prévus sur l'axe zz ou à son voisinage, au-dessus de l'axe yy.

La figure 7 représente un projecteur comportant une source lumineuse verticale. Dans ces conditions, ce sont des zones du réflecteur situées latéralement par rapport à la source qui engendrent des images verticales indésirables. Des éléments prismatiques 10 sont prévus en superposition sur un axe vertical z'z' situé en regard de l'une de ces zones. Dans la pratique, on peut prévoir également des éléments 10 en regard de la zone située latéralement à l'opposé.

Bien entendu, la conception et la disposition du dispositif optique selon l'invention peut largement varier d'un projecteur à l'autre. L'homme de l'art saura effectuer les essais de routine nécessaires pour obtenir la configuration de faisceau recherchée, en rectifiant l'orientation de certaines images pour les amener dans une orientation plus proche de l'horizontale.

La figure 8 illustre une variante de réalisation selon laquelle un élément prismatique 10 a une surface réfléchissante 13 qui est une surface cylindrique dont la génératrice est parallèle à la direction du rayonnement incident. Cette surface cylindrique est conçue pour que dans chacune de ses régions, l'angle ss entre le plan tangent à la surface 13 et le plan horizontal corresponde à environ la moitié de la rotation moyenne à impartir aux images de la source reçues par cette région.

En l'espèce, l'inclinaison de la surface 13 au niveau de l'axe zz est d'environ 45 , et cette inclinaison diminue graduellement à mesure que l'on s'éloigne latéralement de cet axe, pour s'adapter au fait que les images reçues sont alors de plus en plus inclinées par rapport à la verticale et que la rotation à impartir pour ramener ces images à proximité de l'horizontale diminue.

Bien entendu, on peut superposer une pluralité de prismes 10 tels que représentés sur la figure 8 de la même manière que les prismes à face réfléchissante plane décrits plus haut, l'étendue de chaque prisme étant déterminée par la zone du réflecteur dont on souhaite traiter les images produites.

La figure 9 illustre une variante de réalisation du dispositif optique selon laquelle on souhaite faire pivoter une partie seulement des images reçues, et étaler, de façon classique en soi, les autres images.

Dans ce cas, le dispositif est réalisé de préférence sous la forme d'un empilement comportant de facon alternée des éléments prismatiques 10 et des éléments optiques d'étalement 15 comportant, par exemple sur leur face d'entrée des rayons, des stries 16 ou éléments déviateurs équivalents. Comme dans les empilements précédemment décrits, les plans d'interface entre deux éléments optiques adjacentes font des angles ss appropriés par rapport au plan horizontal. De préférence, les stries 16 sont orientées verticalement ou avec une faible inclinaison par rapport à la verticale, pour effectuer un étalement en direction horizontale ou selon une direction proche de l'horizontale.

On obtient ainsi en sortie du dispositif optique une combinaison d'images du type I2 faiblement inclinées par rapport à l'horizontale et de lumière fortement étalée horizontalement comme indiqué en I3.

Un avantage particulier de cette variante réside en ce qu'il n'existe plus de zones d'ombre sur les faces d'entrée des éléments prismatiques 10.

La figure 10a illustre la configuration type d'un faisceau de route engendré par un projecteur de l'art antérieur comportant une source axiale associée à un réflecteur du genre parabolique et à une glace de fermeture striée de façon classique. Le faisceau comporte une zone de concentration relativement étroite définie par les courbes isocandéla C1, pour sa portée, et une zone plus large et d'intensité moindre, définie par les courbes isocandéla C2, beaucoup plus large et éclairant la route à plus grande proximité du véhicule.

On constate qu'il existe un trou d'éclairement entre les deux zones, ce qui nuit au confort visuel du conducteur.

La figure 10b illustre la configuration type d'un faisceau obtenu avec un projecteur équipé d'un dispositif optique selon l'invention, capable de faire pivoter une partie des images verticales de taille importante ou moyenne pour les ramener dans une orientation proche de l'horizontale, tandis que les images non traitées par le dispositif optique sont simplement étalées. On observe qu'un résultat esssentiel de l'invention réside en ce que les images soumises au pivotement créent une zone de largeur et d'intensité moyenne, définie par les courbes isocandéla C3 et intermédiaire entre la zone de concentration et la zone de largeur précitées. Le trou d'éclairement précité est ainsi supprimé, pour une meilleure continuité entre la zone de portée et la zone de largeur et une plus grande homogénéité du faisceau.

Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite cidessus et représentée sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit.

En particulier, les éléments prismatiques 10 selon l'invention peuvent être utilisés non seulement pour faire pivoter les images de la source reçues du réflecteur, mais également pour effectuer un décalage de ces images dans certaines directions. Plus précisément, en orientant convenablement le plan de la surface réfléchissante 13 par rapport à un plan horizontal, on fixe la rotation impartie aux images. Et en orientant maintenant convenablement le plan de la surface 13 par rapport à un plan vertical transversal à la direction de la lumière (plan yOz), on peut fixer un décalage latéral ou vertical des images traitées.

En outre, un élément prismatique tel que décrit plus haut, basé sur une réfraction d'entrée, une réflexion totale et une réfraction de sortie, peut être remplacé par un jeu de miroirs assurant les mêmes fonctions.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Projecteur notamment de véhicule automobile, du type comprenant une source lumineuse allongée (20), un réflecteur (30) dont au moins une zone engendre par -réflexion des images (I1) de la source dont l'orientation fortement inclinée par rapport à l'horizontale, et une glace de fermeture, caractérisé en ce qu'il comprend, en regard d'au moins une partie de ladite zone au moins prévu un dispositif optique (100) constitué d'au moins un élément optique (10) comprenant une face réfléchissante (13) essentiellement parallèle à la direction des rayons incidents et inclinée par rapport à un plan horizontal, des premiers moyens (11) pour rabattre les rayons incidents en direction de ladite face et des seconds moyens (12) pour rabattre les rayons réfléchis par ladite face jusque dans une direction proche de celle des rayons incidents, l'inclinaison de la face réfléchissante étant choisie pour provoquer un pivotement des images jusque dans une orientation d'inclinaison moindre par rapport à l'horizontale.

2. Projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément optique est formé d'un prisme transparent (10).

3. Projecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque prisme (10) comprend une face d'entrée inclinée (11) constituant les premiers moyens de rabattement, une face de sortie inclinée (12) essentiellement symétrique de la face d'entrée et constituant les seconds moyens de rabattement, la face réfléchissante (13) s'étendant entre les faces d'entrée et de sortie.

4. Projecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la face réfléchissante (13) opère par réflexion totale.

5. Projecteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les faces d'entrée et de sortie (11, 12) font un angle d'environ 450 par rapport à la face réfléchissante (13).

6. Projecteur selon l'une des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que l'indice de réfraction de l'élément (10) est compris entre environ 1,45 et 1,65 et en ce que le rapport entre la longueur de la face réfléchissante et la longueur des faces d'entrée et de sortie est compris entre environ 2 et 5.

7. Projecteur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la face réfléchissante (13) de chaque élément (10) est plane.

8. Projecteur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la face réfléchissante (13) de chaque élément (10) est une surface cylindrique dont la génératrice est essentiellement parallèle au rayonnement incident.

9. Projecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif optique (100) est constitué par un empilement d'éléments optiques individuels (10).

10. Projecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif optique (100) est constitué par un empilement d'éléments optiques (10) et de moyens (15, 16) pour étaler latéralement la lumière reçue.

11. Projecteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse axiale (20) et en ce que qu'il est prévu un dispositif optique (100) au moins en regard d'une zone du réflecteur (30) située au-dessus ou au-dessous de la source.

12. Projecteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse verticale (20) et en ce que qu'il est prévu un dispositif optique (100) au moins en regard d'une zone du réflecteur (30) située à gauche ou à droite de la source.

13. Projecteur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (ss) de la face réfléchissante (13) d'un élément optique (10) par rapport à un plan horizontal (Ph) est égal à environ la moitié de l'inclinaison moyenne par rapport à l'horizontale des images du filament reçues par ledit élément optique.