FR3054020A1 - Dispositif de projection de faisceau lumineux a ecran digital et projecteur muni d'un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (200) de projection de faisceau lumineux, notamment pour véhicule automobile, comprenant : - un écran digital (120) apte à réfléchir dans une première et/ou une deuxième direction des rayons lumineux émis par une source de lumière (110), - un système optique de réflexion (210,220) apte à réfléchir des rayons lumineux réfléchis par l'écran digital, - un système optique de projection (140) apte à projeter un faisceau lumineux à partir de rayons lumineux réfléchis par l'écran digital, l'écran digital étant configuré pour que : - dans la première direction, les rayons lumineux sont réfléchis vers le système optique de projection (140), - dans la deuxième direction, les rayons lumineux sont réfléchis vers le système optique de réflexion (210, 220), et le système optique de réflexion est configuré pour réfléchir vers l'écran digital les rayons lumineux réfléchis selon la deuxième direction.
Description
© N° de publication : 3 054 020 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 56789 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE
©) Int Cl8 : F21 S 41/36 (2017.01), F21 V 14/04
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
A1
| ©) Date de dépôt : 13.07.16. | ©) Demandeur(s) : VALEO VISION Société par actions |
| ©) Priorité : | simplifiée — FR. |
| (72) Inventeur(s) : SOMMERSCHUH STEPHAN, MOREL | |
| XAVIER et LUO WEICHENG. | |
| (43) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 19.01.18 Bulletin 18/03. | |
| ©) Liste des documents cités dans le rapport de | |
| recherche préliminaire : Se reporter à la fin du | |
| présent fascicule | |
| (© Références à d’autres documents nationaux | (73) Titulaire(s) : VALEO VISION Société par actions sim- |
| apparentés : | plifiée. |
| ©) Demande(s) d’extension : | ©) Mandataire(s) : VALEO VISION Société anonyme. |
DISPOSITIF DE PROJECTION DE FAISCEAU LUMINEUX A ECRAN DIGITAL ET PROJECTEUR MUNI D'UN TEL DISPOSITIF.
FR 3 054 020 - A1
L'invention concerne un dispositif (200) de projection de faisceau lumineux, notamment pour véhicule automobile, comprenant:
- un écran digital (120) apte à réfléchir dans une première et/ou une deuxième direction des rayons lumineux émis par une source de lumière (110),
- un système optique de réflexion (210,220) apte à réfléchir des rayons lumineux réfléchis par l'écran digital,
- un système optique de projection (140) apte à projeter un faisceau lumineux à partir de rayons lumineux réfléchis par l'écran digital, l'écran digital étant configuré pour que:
- dans la première direction, les rayons lumineux sont réfléchis vers le système optique de projection (140),
- dans la deuxième direction, les rayons lumineux sont réfléchis vers le système optique de réflexion (210, 220), et le système optique de réflexion est configuré pour réfléchir vers l'écran digital les rayons lumineux réfléchis selon la deuxième direction.
144
i
Dispositif de projection de faisceau lumineux à écran digital et projecteur muni d’un tel dispositif.
[001] Domaine technique [002] L'invention concerne le domaine des dispositifs de projection de faisceau lumineux à écran digital, notamment pour véhicule automobile, et un projecteur de véhicule automobile muni d’un tel dispositif de projection.
[003] Etat de la technique [004] Les projecteurs de véhicule automobile sont configurés pour émettre au moins un faisceau lumineux vers l’extérieur du projecteur de sorte à éclairer l’environnement du véhicule, notamment en avant du véhicule pour illuminer la route et les panneaux de signalisation. Les projecteurs peuvent par ailleurs proposer différentes fonctions d’éclairage permettant à un conducteur du véhicule d’avoir une bonne visibilité en condition nocturne et de faible luminosité extérieure. Par exemple, les fonctions d’éclairage peuvent être :
- une fonction feu de croisement,
- une fonction feu de route,
- une fonction anti-éblouissement, également connue sous les acronymes ADB pour « Adaptative Driving Beam» en langue anglaise ou GFHB pour « GlareFree High Beam », ou
- une fonction éclairage dynamique dans les virages, également connue sous 1‘acronyme DBL pour « Dynamic BendingLight » en langue anglaise.
[005] Pour réaliser ces fonctions, les projecteurs sont configurés de sorte à émettre un ou plusieurs faisceaux lumineux pouvant varier en intensité, en portée, en direction et/ou en forme. Par exemple, lorsqu'un véhicule circule de nuit :
dans un environnement extra-urbain (telle qu'une autoroute ou route de campagne), il est opportun d'accroître l’intensité et la portée des faisceaux lumineux pour une fonction feu de route, afin de faire porter efficacement au plus loin le faisceau lumineux émis ;
dans un environnement urbain, il est opportun de diminuer légèrement la portée, de réduire l’intensité lumineuse et d'élargir les faisceaux lumineux émis pour une fonction feu de croisement visant à éclairer largement l’environnement proche du véhicule, sans éblouir les piétons et conducteurs d’autres véhicules ;
dans un virage, il convient de diriger au moins un des faisceaux lumineux dans une direction permettant d’éclairer l’intérieur du virage.
[006] Pour réaliser ces fonctions, un projecteur peut avantageusement comprendre un dispositif de projection lumineuse utilisant un écran digital tel qu’une matrice de micro-miroirs (également connue sous l’acronyme DMD pour « Digital Micromirror Device » en langue anglaise). Une matrice de micro-miroirs est particulièrement intéressante car :
- elle présente un coût relativement abordable pour un usage dans l’éclairage automobile, elle permet de développer un système d’éclairage compact et précis, avec un nombre élevé de pixels.
[007] En effet, lorsqu’une source de lumière du projecteur éclaire les micro-miroirs, il est possible de générer en sortie de l’écran digital des formes de faisceau lumineux bien spécifiques en contrôlant l’orientation de chacun des micro-miroirs. Cette orientation peut notamment basculer entre :
- une position dans laquelle le micro-miroir réfléchit vers l’extérieur du projecteur des rayons lumineux émis par la source de lumière, et
- une position dans laquelle le micro-miroir réfléchit vers l’intérieur du projecteur des rayons lumineux de la source de lumière.
[008] Les micro-miroirs réfléchissant les rayons lumineux vers l’extérieur du projecteur permettent de contrôler finement la forme et l’intensité du faisceau lumineux généré par l’écran digital, en particulier pour réaliser les fonctions d’éclairage précitées.
[009] Toutefois, les projecteurs connus qui comportent un écran digital ne sont pas particulièrement optimisés. Lorsqu’une des fonctions d’éclairage précitées est mise en œuvre par de tels projecteurs, une partie des rayons lumineux émis par la source de lumière est perdue. Les rayons lumineux réfléchis vers l’intérieur du projecteur ne sont pas utilisés pour réaliser une fonction d’éclairage (ces rayons ne sont pas reflétés vers l’extérieur du projecteur). Cette partie d’éclairage est donc gaspillée, n’est pas mise à contribution des fonctions d’éclairage, et peut même engendrer une pollution lumineuse intempestive au sein du projecteur.
[010] Pour limiter les effets néfastes de cette partie de lumière non projetée, il est possible d’utiliser un absorbeur de rayons lumineux à l’intérieur du projecteur, comme c’est le cas dans la solution proposée par le document WO99/11968. Il est illustré sur la figure 1 annexée, un exemple du dispositif de projection lumineuse 100 proposé par cet art antérieur. Ce dispositif 100 comprend une source de lumière 110 qui émet des rayons lumineux 132 en direction d’un écran digital 120 comprenant des micro-miroirs 122, 124, 126. Ces micro-miroirs peuvent basculer entre les deux positions précitées et ainsi :
réfléchir au moins une partie des rayons 132 vers l’extérieur du dispositif 100 selon des rayons réfléchis 134, réfléchir au moins une autre partie des rayons 132 vers un absorbeur de lumière 130 apte à absorber des rayons lumineux réfléchis 136.
[011] Les rayons 134 réfléchis par l’écran digital 120 permettent de former précisément une projection lumineuse 144 sur la chaussée de route 160. Néanmoins, une grande partie des rayons lumineux est perdue, en l’occurrence les rayons lumineux réfléchis 136.
[012] Il existe donc un besoin d’améliorer les dispositifs de projection de faisceau lumineux à écran digital, en vue notamment d’obtenir des réalisations minimisant les pertes de rayonnements lumineux, et ainsi d’améliorer le rendement lumineux de tels dispositifs.
[013] L’invention vient améliorer la situation actuelle en ce sens.
[014] Résumé de l’invention [015] L’objet de l’invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant en particulier une solution technique permettant de réutiliser des rayons lumineux réfléchis par un écran digital à l’intérieur du projecteur, de sorte à créer un phénomène de résonnance lumineuse permettant d’améliorer le rendement lumineux.
[016] A cet effet, un premier aspect de l’invention concerne un dispositif de projection de faisceau lumineux, notamment pour véhicule automobile, comprenant :
une source de lumière apte à émettre des rayons lumineux, un écran digital apte à réfléchir dans une première et/ou une deuxième direction des rayons lumineux émis par la source de lumière, un système optique de réflexion apte à réfléchir des rayons lumineux réfléchis par l’écran digital, un système optique de projection apte à projeter un faisceau lumineux à partir de rayons lumineux réfléchis par l’écran digital.
[017] Le dispositif de projection de faisceau lumineux est remarquable en ce que :
o l’écran digital est configuré de sorte à ce que :
dans la première direction, les rayons lumineux de la source de lumière sont réfléchis vers le système optique de projection, dans la deuxième direction, les rayons lumineux de la source de lumière sont réfléchis vers le système optique de réflexion, et en ce que o le système optique de réflexion est configuré pour réfléchir vers l’écran digital les rayons lumineux réfléchis selon la deuxième direction.
[018] Le système optique de réflexion permet de renvoyer vers l’écran digital des rayons lumineux émis par la source de lumière qui, après réflexion sur l’écran digital, n’ont pas été dirigés vers le système optique de projection. Ainsi, les rayons lumineux qui sont habituellement perdus ou absorbés dans les solutions de l’art antérieur, sont ici envoyés à nouveau vers l’écran digital en vue de se réfléchir une nouvelle fois sur celui-ci. Les rayons lumineux renvoyés ont une chance supplémentaire d’être réfléchis selon la première direction, afin de parvenir au système optique de projection pour former le faisceau lumineux.
[019] Par ailleurs, parmi les rayons lumineux renvoyés vers l’écran digital, au moins une partie peut à nouveau être réfléchie par l’écran digital selon la deuxième direction de réflexion. Dans ce cas, les rayons sont à nouveau dirigés vers le système optique de réflexion qui les renvoie encore sur l’écran digital. On comprend donc que le chemin des rayons lumineux réfléchis par l’écran selon la deuxième direction forme une boucle entre l’écran digital et le système optique de réflexion, jusqu’à parvenir à une réflexion des rayons par l’écran digital selon la première direction de réflexion.
[020] La boucle crée au sein du dispositif un phénomène de résonnance de la lumière émise par la source, ce qui permet d’augmenter de nombre de rayons lumineux réfléchis vers le système optique de projection pour former le faisceau lumineux et ainsi, d’améliorer l’intensité lumineuse au sein du faisceau projeté.
[021] L’écran digital permet de moduler l’intensité lumineuse et la forme du faisceau lumineux projeté par le dispositif. Selon une réalisation générale, pour y parvenir, les rayons lumineux émis par la source de lumière peuvent être dirigés sur une ou plusieurs zones distinctes de l’écran digital qui agissent chacune comme un miroir afin de diriger les rayons selon la première ou la deuxième direction de réflexion. L’écran digital permet ainsi de maîtriser l’illumination du système optique de projection afin de contrôler les dimensions et l’orientation apparentes du faisceau lumineux projeté, notamment en activant ou désactivant des pixels correspondant à une subdivision de la surface de l’écran en éléments susceptibles de réfléchir la lumière qui les atteignent selon respectivement la première ou la deuxième direction de réflexion.
[022] Selon une réalisation avantageuse, l’écran digital peut être une matrice de micro-miroirs, l’orientation de chacun des micro-miroirs pouvant prendre deux positions dont :
une première position dans laquelle les rayons lumineux émis par la source de lumière sont réfléchis selon la première direction, et une deuxième position dans laquelle les rayons lumineux émis par la source de lumière sont réfléchis selon la deuxième direction.
[023] La matrice de micro-miroirs (également connue sous l’acronyme DMD pour « Digital Micromirror Device » en langue anglaise) permet de former un écran digital ayant un nombre élevé de pixels afin de contrôler finement la réflexion des rayons lumineux émis par la source de lumière vers le système optique de projection.
[024] Avantageusement, le système optique de réflexion peut réfléchir les rayons lumineux vers au moins un micro-miroir qui est dans la première position de sorte à ce qu’ils soient réfléchis selon la première direction.
[025] Ainsi, le micro-miroir dans la première position peut réfléchir vers le système optique de projection, d’une part les rayons lumineux émis par la source de lumière et, d’autre part, les rayons lumineux réfléchis par le système optique de réflexion. Ainsi, le nombre de rayons lumineux réfléchis par l’écran digital vers le système de projection est augmenté, permettant d’accroître l’intensité lumineuse au moins dans une zone du faisceau lumineux projeté, et donc d’améliorer les performances d’éclairage procurées par le dispositif.
[026] En variante ou en complément, le système optique de réflexion peut réfléchir les rayons lumineux vers une zone prédéterminée de l’écran digital dont les micromiroirs sont respectivement dans la première position, de sorte à ce qu’ils soient réfléchis selon la première direction.
[027] La zone prédéterminée peut notamment être une zone de l’écran digital utilisée pour former, par l’intermédiaire du système optique de projection, un faisceau lumineux correspondant aux dimensions et formes requises pour des fonctions d’éclairage feu de route, de croisement, anti-éblouissement et dynamique pour virage.
[028] De cette manière, tout en conservant une forme et des dimensions souhaitées, le faisceau lumineux généré pour les fonctions d’éclairage précitées présente de meilleures performances d’éclairage, car les rayons lumineux habituellement perdus dans les solutions de l’art antérieur sont ici renvoyés vers une zone appropriée de l’écran pour contribuer à la formation de ce faisceau.
[029] Avantageusement, le système optique de réflexion peut comprendre au moins :
un premier miroir de type miroir concave, et un deuxième miroir de type miroir plan.
[030] A partir de ces éléments optiques, il est possible avec peu de pièces (afin de minimiser l’encombrement dans le dispositif) de dévier vers l’écran digital les rayons lumineux réfléchis selon la deuxième direction. Le premier miroir et le deuxième miroir peuvent notamment être disposés l’un après l’autre sur le chemin des rayons lumineux réfléchis par l’écran (le premier écran pouvant être placé avant ou après le deuxième écran par rapport au sens de propagation des rayons lumineux réfléchis selon la deuxième direction).
[031] En complément, le premier et/ou le deuxième miroir peuvent être aptes à être pilotés en orientation en fonction d’un signal électrique reçu d’un organe de commande, de sorte à focaliser les rayons lumineux réfléchis vers une zone déterminée de l’écran digital.
[032] Le premier et/ou le deuxième miroir peuvent être montés dans le dispositif selon une liaison pivotante, un actionneur pouvant être prévu pour faire varier l’orientation du premier et/ou deuxième miroir en fonction d’un signal électrique reçu de l’organe de commande. Ainsi, au moins un des premier et deuxième miroirs, ou chacun de ces deux miroirs, peut être prévu pour être orienté afin de diriger précisément les rayons lumineux réfléchis par l’écran digital selon la deuxième direction, vers une zone déterminée de l’écran dont les micro-miroirs sont préférentiellement dans la première position. Il est ainsi possible de faire varier les caractéristiques optiques du système optique de réflexion afin de cibler des zones bien précises de l’écran sur lesquelles les rayons habituellement perdus doivent être renvoyés.
[033] Selon une réalisation avantageuse, le système optique de projection comporte au moins une lentille placée sur un chemin des rayons lumineux réfléchis par l’écran digital selon la première direction.
[034] Cette lentille permet notamment de structurer le faisceau lumineux généré par le système optique de projection à partir des rayons lumineux réfléchis par l’écran digital selon la première direction.
[035] En outre, le dispositif peut comprendre une optique de focalisation située sur un chemin des rayons lumineux émis par la source de lumière de sorte à illuminer sensiblement toute une surface de l’écran digital.
[036] L’optique de focalisation permet de générer une distribution d‘intensité lumineuse variable (non uniforme) sur l’écran digital, avec une zone d’intensité maximale au niveau du centre du faisceau projeté. On améliore ainsi grandement l’efficacité du dispositif dans le but de produire un faisceau d’éclairage automobile.
[037] De surcroît, selon une réalisation avantageuse du dispositif, il peut comprendre aussi un miroir plan situé sur un chemin des rayons lumineux émis par la source de lumière de sorte à réfléchir les rayons lumineux vers l’écran digital.
[038] Avantageusement, la source de lumière comprend au moins une diode électroluminescente. Ce type de source lumineuse présente de bonnes performances d’éclairage, et ce même avec des sources de petites dimensions. L’utilisation d’une diode électroluminescente permet donc de réduire l’encombrement du dispositif, afin notamment de pouvoir l’installer dans des espaces restreints tels qu’un projecteur de véhicule automobile.
[039] En variante ou en complément, la source de lumière comprend au moins une source laser. Les sources lumineuses laser présentent une puissance d’émission élevée qui convient particulièrement bien à une fonction d’éclairage de type feu de route.
[040] En variante ou en complément, la source de lumière comprend au moins une source au xénon. Ce type de source lumineuse est peu coûteux à produire et présente également de bonnes performances d’éclairage.
[041] Selon un deuxième aspect, l’invention se rapporte en outre à un projecteur de véhicule automobile comprenant un tel dispositif de projection, notamment de sorte à générer une des fonctions d’éclairage précitées avec de meilleures performances d’éclairage que les dispositifs de l’état de la technique dans lesquels une partie de rayons lumineux émis par la source de lumière est perdue ou absorbée.
[042] Brève description des figures [043] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, en référence aux figures 2 à 4 annexées qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquelles :
la figure 2 représente une vue schématique d’un exemple de réalisation du dispositif de projection de faisceau lumineux selon l’invention ;
la figure 3 représente un autre exemple de réalisation du dispositif de projection ;
la figure 4 illustre un véhicule automobile qui embarque le dispositif de l’invention.
[044] Pour des raisons de clarté, les dimensions des différents éléments représentés sur ces figures ne sont pas en proportion avec leurs dimensions réelles. Sur les figures, des références identiques correspondent à des éléments identiques pour les différents modes de réalisation exposés.
[045] La figure 1 quant à elle, a été évoquée en partie introductive. Elle est présentée simplement à titre d’exemple pour illustrer une réalisation proposée par l’art antérieur.
[046] Description détaillée [047] On se réfère tout d’abord à la figure 2 qui illustre un exemple du dispositif 200 de projection de faisceau lumineux.
ίο [048] Dans cet exemple, une source de lumière 110 est prévue pour procurer un éclairage. La source 110 génère des rayons lumineux 132 destinés à éclairer un écran digital 120. La source de lumière peut être formée d’une ou plusieurs :
diodes électroluminescentes,
- sources laser, sources au Xénon, sources à incandescence halogène, ou
- toutes combinaisons des sources lumineuses précitées.
[049] Typiquement, pour obtenir une source de lumière présentant de bonnes 10 performances d’éclairage, il est possible de privilégier :
les diodes électroluminescentes pour limiter l’encombrement du dispositif, les sources lumineuse fonctionnant au Xénon pour un moindre coût de fabrication, et les sources laser pour une puissance d’émission lumineuse élevée, par exemple 15 pour une fonction d’éclairage de type feu de route.
[050] A titre purement illustratif, la source de lumière 110 peut notamment être formée de :
- un ensemble de sources lumineuses du type diodes électroluminescentes multipuces, c’est-à-dire d’un composant électronique unique comportant une pluralité d’émetteurs électroluminescents,
- une source laser associée à au moins une diode électroluminescente (le cas échéant, la source laser pourra être dirigée vers la diode si la diode comprend une couche supérieure de conversion de longueur d’onde, par exemple composée d’un matériau luminophore tel que le phosphore, pour diffuser une partie de la lumière du laser et convertir une autre partie dans une couleur appropriée), ou
- une ou plusieurs sources laser ou diodes laser dirigées vers un matériau luminophore pour la conversion de longueur d'onde des rayonnements lasers émis dans une couleur souhaitée.
[051] L’utilisation de sources lumineuses du type composant optoélectronique à semi-conducteur, telles que des diode électroluminescentes ou diodes laser, est particulièrement avantageux par rapport à une source au Xénon : non seulement elles n’émettent pas de rayonnement infrarouge susceptible d’échauffer l’écran digital et d’entraîner un dysfonctionnement de celui-ci, mais en plus elles émettent dans un demi-espace Lambertien (alors que la source au Xénon émet dans toutes les directions) et donc génèrent un encombrement beaucoup moins important des moyens de focalisation pour diriger le flux lumineux émis par ces sources sur l’écran digital 120.
[052] L’écran digital 120 peut être formé par tout moyen présentant une ou plusieurs zones distinctes aptes à réfléchir des rayons lumineux incidents selon au moins une première et une deuxième direction, la première et la deuxième direction étant distinctes l’une de l’autre. Les rayons lumineux émis par la source de lumière peuvent ainsi être redirigés par l’écran digital 120 selon au moins deux directions différentes. En outre, l’écran digital 120 est configuré de sorte à ce que :
dans la première direction, les rayons lumineux 132 de la source de lumière 120 sont réfléchis (selon les rayons lumineux 134) vers un système optique de projection 140 du dispositif 200, et dans la deuxième direction, les rayons lumineux 132 de la source de lumière sont réfléchis (selon les rayons lumineux 136) vers un système optique de réflexion 210, 220 du dispositif 200.
[053] Dans la première direction, les rayons lumineux 134 sont dirigés vers le système optique de projection 140. Le système optique de projection 140 est adapté pour générer un faisceau lumineux, à partir des rayons lumineux 134 reçus. Le faisceau lumineux peut être généré de sorte à éclairer une chaussée de route 160 par exemple, et à former une projection lumineuse de forme 144 correspondant à une fonction d’éclairage souhaitée (ici, la forme 144 correspond en l’occurrence à une fonction de type feu de croisement).
[054] Dans la deuxième direction, les rayons lumineux 136 qui sont dirigés vers le système optique de réflexion 210, 220, sont redirigés vers l’écran digital 120. Le système optique de réflexion permet de renvoyer les rayons lumineux qui, après réflexion sur l’écran digital 120, n’ont pas été dirigés vers le système optique de projection 140. Les rayons lumineux 136 (qui habituellement sont perdus ou absorbés dans les solutions de l’art antérieur) sont ainsi envoyés à nouveau vers l’écran digital 120 en vue de se réfléchir une nouvelle fois sur celui-ci.
[055] Les rayons lumineux 136 peuvent être renvoyés sur :
- une zone de l’écran digital 120 réfléchissant les rayons lumineux incidents vers le système optique de projection (c'est-à-dire selon la première direction),
- une zone de l’écran digital 120 réfléchissant les rayons lumineux incidents vers le système optique de réflexion (c'est-à-dire selon la deuxième direction).
[056] De cette manière, les rayons lumineux 136 sont réfléchis au sein du dispositif 200 jusqu’à être redirigés par l’écran digital 120, selon la première direction, vers le système optique de projection 140. Par ailleurs, au moins une partie des rayons lumineux 134 peut être issue d’une réflexion :
d'une part, des rayons lumineux 132 émis par la source 110, et d’autre part, des rayons lumineux 136 réfléchis vers l’écran par le système optique de réflexion.
[057] Ainsi, l’intensité lumineuse de cette partie des rayons 134 réfléchis par l’écran
120 est augmentée (illustrée à l’aide d’une flèche plus épaisse sur la figure) par rapport à une partie de rayons lumineux 134 pour laquelle seuls les rayons lumineux 132 ont été réfléchis par l’écran. L’efficacité de l’éclairage au niveau de la projection lumineuse de forme 144 est donc plus élevée que lorsque seuls les rayons lumineux
132 sont réfléchis selon la première direction par l’écran 120.
[058] Le chemin des rayons lumineux 136 réfléchis par l’écran 120 selon la deuxième direction forme une boucle entre l’écran digital 120 et le système optique de réflexion 210, 220 (phénomène dit de résonnance lumineuse), jusqu’à parvenir à une réflexion des rayons par l’écran digital selon la première direction de réflexion afin de sortir vers l’extérieur du dispositif 200. Le faisceau projeté par le dispositif 200 présente ainsi de meilleures performances d’éclairage (intensité lumineuse plus élevée), tout en conservant une même forme de faisceau.
[059] L’écran digital 120 peut notamment être formée à partir d’une matrice de micro-miroirs 122, 124, 126, de type DMD, l’orientation de chacun des micro-miroirs pouvant prendre deux positions dont :
une première position dans laquelle les rayons lumineux 132 émis par la source 110 sont réfléchis selon la première direction (rayons 134), et une deuxième position dans laquelle les rayons lumineux émis par la source 110 sont réfléchis selon la deuxième direction (rayons 136).
[060] Dans l’exemple illustré, les micro-miroirs 122 et 126 sont dans la première position, réfléchissant les rayons lumineux 132 dans la première direction selon les rayons 134 qui sont alors dirigés vers le système optique de projection 140. Le micromiroir 124 de cet exemple est quant à lui dans la deuxième position, réfléchissant les rayons lumineux 132 selon les rayons lumineux 136.
[061] L’exemple illustré d’écran digital 120, avec une matrice DMD comportant trois micro-miroirs 122, 124, 126, n’est pas limitatif. D’autres matrices DMD peuvent être utilisées, notamment avec un plus grand nombre de micro-miroirs et des résolutions différentes (c'est-à-dire nombre de micro-miroirs par unité de surface). A titre d’exemple, la matrice DMD peut former une surface rectangulaire comportant 400 x 700 micro-miroirs. Cette résolution est particulièrement appropriée pour mettre en œuvre des fonctions d’éclairage telles que feu de croisement, feu de route et éclairage anti-éblouissement. Chaque micro-miroir de l’écran 120 peut être considéré comme formant un pixel commandé individuellement, configuré pour permettre soit aux rayons lumineux incidents d’atteindre le système optique de projection, soit de les redirigés vers l’écran 120 via le système optique de réflexion. Ainsi, grâce à l’écran digital 120, on peut choisir la forme et l’orientation du faisceau projeté par le dispositif 200 en activant ou en désactivant les pixels (i.e. les micro-miroirs) qui composent l’écran digital 120.
[062] Chaque micro-miroir réfléchissant une petite partie des rayons lumineux 132 incidents sur la matrice, l’actionnement du changement de position permet de modifier la forme du faisceau émis par le système optique de projection 140. Les rayons lumineux 134 renvoyés par les micro-miroirs vers le système optique de projection 140 participent au faisceau projeté et les rayons lumineux renvoyés par les micro-miroirs dans l’autre direction, sont redirigés à nouveau vers la matrice. Il est ainsi possible de sélectionner :
- une partie des rayons incidents 132 pour une réflexion directe vers le système optique de projection 140 ; et
- une autre partie des rayons incidents 132 pour une réflexion indirecte vers le système optique 140 (on entend par réflexion indirecte le fait que les rayons 136 passent au moins une fois par le système optique de réflexion 210, 220 et par l’écran digital 120).
[063] En maîtrisant quelle partie des rayons lumineux incidents 132 et 136 est réfléchie vers le système optique de projection 140, l’écran digital 120 permet de moduler l’intensité lumineuse et la forme du faisceau lumineux projeté par le dispositif 200.
[064] Le système optique de réflexion peut comporter par exemple : un miroir 210 de type miroir concave, et
- un miroir 220 de type miroir plan.
[065] Le miroir 210 est ici disposé avant le miroir plan 220 sur le chemin de propagation des rayons 136 au sein du dispositif 200. Les miroirs 210 et 220 peuvent toutefois être intervertis, c’est-à-dire que le miroir 220 peut être placé avant le miroir 210 sur le chemin de propagation des rayons 136.
[066] Le miroir 210 est de courbure non nulle, par exemple de forme parabolique ou elliptique, dont la partie intérieure est réfléchissante. Ce miroir est convergent de sorte à ce que les rayons incidents soient rapprochés de l’axe optique du miroir 210 après réflexion, en vue de les focaliser sur l’écran digital 120. Le système optique de réflexion peut notamment être configuré pour que le foyer du miroir 210 soit aligné avec l’écran 120. A cet effet, la distance focale du miroir 210 peut par exemple correspondre à la distance qu’un rayon réfléchi 136 a à parcourir, depuis à le miroir 210, pour parvenir à l’écran 120 (avec ou sans miroir plan 220 en intermédiaire).
[067] Les miroirs 210 et 220 comprennent au moins une couche réfléchissante qui peut notamment être à base de: aluminium, silicium, polycarbonate, polyétherimide (connu sous l’acronyme PEI), ou chrome. D’autres matériaux pourront être utilisés, faisant en sorte que les premier et deuxième miroirs présentent une réflectivité de la lumière d’au moins 80 %.
[068] Selon une réalisation possible, les miroirs 210, 220 peuvent en outre être configurés pour réfléchir les rayons lumineux 136 vers une zone prédéterminée de l’écran digital 120 dont les micro-miroirs sont dans la première position. La zone prédéterminée en question peut en particulier être une partie de l’écran digital 120 utilisée pour former un faisceau lumineux (par l’intermédiaire du système optique de projection 140) correspondant aux dimensions et formes requises pour des fonctions d’éclairage de type feu de route, croisement, anti-éblouissement et dynamique pour virage.
[069] En outre, les miroirs 210, 220 peuvent être montés dans le dispositif 200 selon une liaison pivotante. La liaison pivotante permet d’orienter les miroirs 210, 220 en fonction de signaux électriques envoyés par un organe de commande. Cet organe de commande est typiquement un système de gestion électronique du véhicule qui pilote, via des signaux électriques, des actionneurs par exemple, lesquels actionneurs sont agencés pour agir sur l’orientation des miroirs autour de leur liaison pivotante.
[070] Le premier et/ou le deuxième miroir peuvent être orientés de sorte à diriger précisément les rayons lumineux 136 vers une zone déterminée de l’écran 120, et de préférence une zone dont les micro-miroirs sont dans la première position (tels que les micro-miroirs 122 et 126).
[071] La configuration du système optique de réflexion utilisant les miroirs 210 et 220 permet de ramener les rayons 136 vers l’écran digital 120 avec peu de pièces, permettant de conserver la compacité du dispositif 200. Toutefois, d’autres configurations du système optique de réflexion permettant de ramener les rayons 136 vers l’écran 120 sont possibles. Ces autres configurations peuvent notamment utiliser différentes combinaisons de lentilles et/ou miroirs placés sur le chemin de propagation des rayons 136 dans le dispositif 200. Typiquement, les deux miroirs 210 et 220 peuvent selon une autre réalisation possible, être chacun de forme complexe (concave, sphérique ou autre) choisie de sorte à récupérer les rayons issus de l’écran digital 120 et à les envoyer à nouveau vers l’écran.
[072] Le dispositif 200 permet ainsi de contrôler précisément la forme du faisceau lumineux généré tout en optimisant la luminosité de ce faisceau grâce à la réutilisation des rayons lumineux habituellement perdus dans les solutions de l’art antérieur.
[073] Afin de remplir les différentes fonctions d’éclairage souhaitées pour le dispositif 200, il est possible en outre que le système optique de projection 140 comporte une ou plusieurs lentilles 150 placées sur un chemin des rayons lumineux 134 contribuant à la structuration du faisceau lumineux projeté.
[074] Le système optique de projection 140 peut selon d’autres réalisations possibles, comprendre d’autres moyens optiques conduisant, guidant, collimatant, concentrant la lumière issue de la source de lumière 110 et la lumière réfléchie issue de l’écran digital 120 ou du système optique de réflexion. Typiquement, ces moyens optiques peuvent inclure au moins un guide de lumière, et/ou des jeux de lentilles, et/ou des jeux de miroirs.
[075] On se réfère maintenant à la figure 3 sur laquelle est illustré un autre exemple du dispositif 200. Dans cet exemple, le dispositif 200 comporte en outre :
- une optique de focalisation 112 située sur un chemin des rayons lumineux 132 émis par la diode électroluminescente,
- un miroir plan 130 situé sur un chemin des rayons lumineux émis par la source de lumière 110 de sorte à réfléchir les rayons lumineux vers l’écran digital 120.
[076] L’optique de focalisation 112 permet :
de focaliser les rayons lumineux générés par la source de lumière 110 et d’illuminer sensiblement toute une surface de l’écran digital 120 ;
générer une distribution d‘intensité lumineuse variable (non uniforme) sur l’écran digital 120, notamment avec une zone d’intensité lumineuse maximale localisée. On améliore ainsi grandement l’efficacité du dispositif dans le but de produire un faisceau d’éclairage automobile.
[077] L’optique de focalisation peut notamment être configurée pour former une image élargie de la source de lumière 110 sur l’écran digital 120. Ainsi, il est aisé de sélectionner au niveau de l’écran une partie des rayons incidents 132 et de dévier les rayons comme souhaité pour former un faisceau lumineux approprié. Par exemple, si la source lumineuse est une unique diode électroluminescente, le grandissement sera d’un facteur 3 à 5, tandis que si la source lumineuse est composée d’une pluralité de diodes juxtaposées, le facteur de grandissement sera compris entre 1,1 et 2.
[078] Selon un autre exemple, l’optique de focalisation 112 peut focaliser les rayons lumineux 132 sur une zone centrale de l’écran digital 120, zone centrale où se trouvent les micro-miroirs 122, 124, 126. Les rayons lumineux sont concentrés sur cette zone de l’écran digital pour garantir un faisceau suffisamment puissant pour former un faisceau lumineux de type feu de croisement ou feu de route avec des fonctions de virage dynamique ou anti-éblouissement émis par le dispositif 200, tout en restant compact.
[079] Dans une variante de réalisation non représentée, le dispositif 200 peut comporter une pluralité de sources de lumière, avec ou sans optique de focalisation associée. Le miroir plan 160 situé sur le chemin des rayons lumineux émis par la source de lumière 110, ou par une pluralité de sources, sert à réfléchir l’ensemble des rayons lumineux 132 générés par ces sources vers l’écran digital 120. Avec le réflecteur plan 160, il est possible de prévoir que chaque source de lumière 110, ou ensemble de sources, est disposé dans le dispositif de sorte à éclairer une zone sensiblement distincte de l’écran digital 120.
[080] Lorsque l’écran digital 120 est de type DMD, l’illumination du système optique de projection 140 est contrôlée par l’orientation des micro-miroirs selon la première et la deuxième position, afin de contrôler finement les dimensions et l’orientation apparentes du faisceau lumineux projeté. Ainsi, les rayons réfléchis 134 qui éclairent le système optique de projection 140 permettent de mettre en œuvre différentes fonctions d’éclairage. Par exemple, lorsque :
l’ensemble des micro-miroirs éclairés sont dans la première position, le système optique de projection 140 génère un faisceau lumineux dont la projection a la forme 146 correspondant à la forme de la matrice de micromiroirs,
80% des micro-miroirs centraux sont dans la première position, éclairés par les rayons 132 et des rayons 136 issus des micro-miroirs placés dans la deuxième position, le système optique de projection 140 génère un faisceau lumineux dont la projection a la forme 145 (mode de fonctionnement qui peut correspondre à une fonction d’éclairage de type feu de route),
50% des micro-miroirs sont dans la première position, éclairés par les rayons 132 et de rayons 136 issus autres micro-miroirs dans la deuxième position, le système optique de projection 140 génère un faisceau lumineux dont la projection a la forme 144 (mode de fonctionnement qui peut correspondre à une fonction d’éclairage de type feu de croisement).
[081] Tout en conservant la forme de faisceau requise pour les fonctions d’éclairage, le surcroît d’intensité lumineuse fournie par les rayons 136 permet de procurer une amélioration nette de l’intensité lumineuse du faisceau projeté. Une meilleure illumination de la route 160 est dès lors obtenue et le rendement lumineux du dispositif 200 est amélioré par rapport aux solutions de l’art antérieur.
[082] Selon une réalisation préférée, toute la lumière générée par la source 110 est envoyée vers l’écran digital 120 et/ou renvoyée vers l’écran digital par le système optique de réflexion.
[083] A la figure 4, un véhicule 400 est représenté, dans lequel le dispositif 200 est intégré dans les projecteurs avant du véhicule. Toutefois, selon d’autres réalisations possibles, le dispositif 200 peut aussi être intégré dans des feux-anti-brouillard ou des projecteurs arrière de véhicule automobile.
[084] L’invention a été décrite en référence à des modes de réalisations particuliers qui ne sont pas limitatifs. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite à titre d’exemple et elle s’étend à d’autres variantes. Par exemple, le système optique de réflexion 210, 220 peut être disposé de l’autre côté du système optique de projection 140 par rapport à l’écran digital 120. Dans cette réalisation, les rayons 136 réfléchis selon la deuxième direction par l’écran 120 traverse le système optique de projection 140 :
- une première fois, avant d’atteindre le système optique de réflexion 210, 220 puis
- une deuxième fois, après avoir été réfléchis par le système optique de réflexion pour être renvoyés vers l’écran digital 120.
Claims (4)
- RevendicationsDispositif (200) de projection de faisceau lumineux, notamment pour véhicule automobile, comprenant :une source de lumière (110) apte à émettre des rayons lumineux (132), un écran digital (120) apte à réfléchir dans une première et/ou une deuxième direction des rayons lumineux émis par la source de lumière, un système optique de réflexion (210,220) apte à réfléchir des rayons lumineux réfléchis par l’écran digital, un système optique de projection (140) apte à projeter un faisceau lumineux à partir de rayons lumineux réfléchis par l’écran digital, caractérisé en ce que l’écran digital est configuré de sorte à ce que :dans la première direction, les rayons lumineux de la source de lumière sont réfléchis vers le système optique de projection (140), dans la deuxième direction, les rayons lumineux de la source de lumière sont réfléchis vers le système optique de réflexion (210,220), et en ce que le système optique de réflexion est configuré pour réfléchir vers l’écran digital les rayons lumineux réfléchis selon la deuxième direction.Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l’écran digital (120) est une matrice de micro-miroirs, l’orientation de chacun des micro-miroirs pouvant prendre deux positions dont :une première position dans laquelle les rayons lumineux émis par la source de lumière sont réfléchis selon la première direction, et une deuxième position dans laquelle les rayons lumineux émis par la source de lumière sont réfléchis selon la deuxième direction.3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le système optique de réflexion (210,220) réfléchis les rayons lumineux vers au moins un micro-miroir qui est dans la première position de sorte à ce qu’ils soient réfléchis selon la première direction.4. Dispositif selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel le système optique de réflexion (210,220) réfléchis les rayons lumineux vers une zone prédéterminée de l’écran digital dont les micro-miroirs sont respectivement dans la première position, de sorte à ce qu’ils soient réfléchis selon la première10 direction.5. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le système optique de réflexion comprend au moins :un premier miroir (210) de type miroir concave, et 15 - un deuxième miroir (220) de type miroir plan.6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le premier et/ou le deuxième miroir sont aptes à être pilotés en orientation en fonction d’un signal électrique reçu d’un organe de commande, de sorte à focaliser les rayons lumineux20 réfléchis vers une zone déterminée de l’écran digital.7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le système optique de projection comporte au moins une lentille (150) placée sur un chemin des rayons lumineux réfléchis par l’écran digital selon la première direction.8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un une optique de focalisation (112) située sur un chemin des rayons lumineux émis par la source de lumière de sorte à illuminer sensiblement toute une surface de l’écran digital.9. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un5 miroir plan (160) situé sur un chemin des rayons lumineux émis par la source de lumière de sorte à réfléchir les rayons lumineux vers l’écran digital.10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de lumière comprend au moins une diode électroluminescente.11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de lumière comprend au moins une source laser.12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la15 source de lumière comprend au moins une source au Xénon.13. Projecteur de véhicule automobile comprenant un dispositif de projection (200) de faisceau lumineux selon l’une quelconque des revendications précédentes.1/4144120
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