FR3056692A1 - Module optique pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un module optique pour véhicule automobile présentant un axe (A) optique longitudinal et comportant : - une matrice de sources (30) lumineuses élémentaires depuis un plan (P) commun d'émission orthogonal à l'axe (A) optique ; - une optique (14) de projection de l'image des sources (30) lumineuses élémentaires, l'optique (14) de projection comportant une surface (S) focale objet présentant un défaut de courbure ; caractérisé en ce qu'un élément (34) optique de correction de champ est interposé entre le plan (P) d'émission et l'optique (14) de projection.
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne un module optique de véhicule automobile qui est apte à produire un faisceau lumineux à segments.
ARRIERE PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION
On connaît déjà des modules optiques de ce type. Ils sont aptes à émettre longitudinalement vers l'avant un faisceau lumineux final dit multibeam ou encore pixel beam. Le faisceau lumineux final projette vers l'avant une image de la matrice de sources lumineuses élémentaires. En allumant ou en éteignant sélectivement chacune des sources élémentaires, il est possible de créer un faisceau lumineux final éclairant spécifiquement certaines zones de la route en avant du véhicule, tout en laissant dans l'obscurité d'autres zones.
Un tel module optique est notamment utilisé dans des dispositifs d'éclairage avant pour réaliser une fonction d'éclairage adaptatif aussi dite ADB, acronyme de l'expression anglaise Adaptative Driving Beam. Une telle fonction ADB est destinée à détecter de façon automatique un usager de la route susceptible d'être ébloui par un faisceau d'éclairage émis en mode feu de route par un projecteur, et à modifier le contour de ce faisceau d'éclairage de manière à créer une zone d'ombre à l'endroit où se trouve l'usager détecté tout en continuant à éclairer la route à grande portée de part et d'autre de l'usager. Les avantages de la fonction ADB sont multiples confort d'utilisation, meilleure visibilité par rapport à un éclairage en mode feu de croisement, risque d'éblouissement fortement réduit, conduite plus sûre...
Un tel module comporte généralement une matrice de sources lumineuses primaires, généralement formées par des diodes électroluminescentes (LEDs), un premier élément optique primaire comportant une pluralité de guides de lumière et une optique de projection. Les diodes électroluminescentes sont agencées sur une carte à circuit imprimé plane qui s'étend dans un plan orthogonal à la direction de projection du faisceau lumineux final. Les guides de lumière de l'élément optique primaire s'étendent globalement longitudinalement depuis une face d'entrée de la lumière jusqu'à une face de sortie de la lumière. Les guides de lumières sont destinés à conformer les rayons émis par les diodes électroluminescentes en un pinceau lumineux plus étroit présentant la forme d'un pixel, généralement rectangulaire ou carré. Les faces de sorties des guides de lumière forment la matrice de sources lumineuses élémentaires secondaires imagées par l'optique de projection.
Un tel module requiert que l'image projetée des sources lumineuses élémentaires secondaires présente une distribution lumineuse et une netteté maîtrisée pour que le faisceau lumineux final formé par l'assemblage des images des sources lumineuses élémentaires secondaires présente une distribution lumineuse homogène. Ceci permet de garantir que le conducteur du véhicule ne soit pas perturbé par des variations d'éclairage dues à des dispersions d'intensité lumineuses, par exemple dans les zones où plusieurs images de sources élémentaires secondaires se superposent.
Un tel module optique est cependant susceptible d'être soumis à des aberrations optiques telles que l'aberration de sphéricité, l'aberration de coma, l'aberration de distorsion, l'astigmatisme, l'aberration de courbure de champ, etc.
La présente invention concerne plus particulièrement la résolution des problèmes posés par l'aberration de courbure de champ aussi appelée courbure de champ de Petzval.
Théoriquement, l'optique de projection est supposée présenter une surface focale objet formée par un plan orthogonal à l'axe optique de ladite optique. Cependant, cette surface focale objet présente en réalité une courbure sphérique concave.
De ce fait, si les sources lumineuses élémentaires secondaires de la matrice, dans notre cas les faces de sortie des guides de lumière, sont agencées dans un plan orthogonal à l'axe optique de l'optique de projection, seules les sources lumineuses élémentaires secondaires situées sur la surface focale objet courbe seront projetées de manière nette. Les autres sources lumineuses élémentaires secondaires situées en avant ou en arrière de la surface focale objet courbe seront projetées de manière plus ou moins floue en fonction de leur distance longitudinale par rapport à la surface focale objet.
Pour résoudre ce problème, on a déjà proposé de modifier la structure de l'élément optique primaire afin que les faces de sortie des guides de lumière soient agencées sur une surface courbe épousant la courbure de la surface focale objet réelle de l'optique de projection. Or, les diodes électroluminescentes étant portées par une carte à circuit imprimé plane, les faces d'entrée des guides de lumière sont agencées dans un même plan. De ce fait, les guides de lumières situés à distance de l'axe optique de l'optique de projection présentent une longueur supérieure à celle des guides de lumière situés à proximité dudit axe optique.
Cependant, un tel élément optique primaire est peu aisé à fabriquer du fait des longueurs variables des guides de lumière.
En outre, la longueur des guides de lumière situés aux extrémités de l'élément optique primaire est telle que le choix de matériau pour réaliser l'élément optique primaire est limité par exemple à la silicone. II n'est notamment pas possible de réaliser les guides de lumière en polycarbonate ou en PMMA.
BREF RESUME DE L'INVENTION
L'invention propose un module optique pour véhicule automobile présentant un axe optique longitudinal et comportant :
- une matrice de sources lumineuses élémentaires dont chacune est apte à émettre un faisceau élémentaire primaire depuis un plan commun d'émission orthogonal à l'axe optique ;
une optique de projection qui est agencée longitudinalement à distance en avant de la matrice de sources lumineuses élémentaires et qui est apte à projeter l'image des sources lumineuses élémentaires, l'optique de projection comportant une surface focale objet présentant un défaut de courbure, caractérisé en ce qu'un deuxième élément optique de correction de champ est interposé entre le plan d'émission et l'optique de projection.
L'élément optique de correction de champ est conçu pour que l'image de la surface focale courbe de l'optique de projection par l'élément optique de correction de champ soit un plan focal objet en coïncidence avec le plan d'émission de la matrice de sources lumineuses élémentaires. Ainsi, toutes les sources lumineuses sont imagées de manière nette par l'optique de projection malgré son défaut de champ.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- l'élément optique de correction de champ comportent une face d'entrée des rayons lumineux qui est agencée longitudinalement à distance du plan d'émission ;
- le module comporte un élément optique primaire comportant une pluralité de guides de lumière d'axes principaux longitudinaux, chaque guide de lumière comportant une face d'entrée de rayons lumineux émis par des sources lumineuses primaires associées et une face d'extrémité avant de sortie de rayons lumineux qui est agencée dans le plan d'émission, chaque face de sortie formant une source lumineuse élémentaire secondaire de ladite matrice de sources lumineuses élémentaires ;
- les sources lumineuses primaires sont agencées dans un plan parallèle au plan d'émission, tous les guides de lumière présentant une longueur longitudinale identique ;
- tous les guides de lumière sont réalisés en un élément optique primaire réalisé en un bloc commun comportant une face avant commune de sortie des rayons lumineux ;
- la face d'entrée de l'élément optique de correction de champ est agencée longitudinalement à distance de la face de sortie de l'élément optique primaire ;
- l'élément optique de correction de champ est formé par au moins une lentille de correction de champ ;
- l'élément optique de correction de champ est formé par une unique lentille de correction de champ ;
- la face d'entrée de la lentille de correction de champ est concave en son centre à proximité de l'axe optique ;
- la face d'entrée de la lentille de correction de champ est convexe à sa périphérie radialement à distance de l'axe optique ;
- la lentille de correction de champ comporte une face de sortie convexe.
L'invention concerne aussi un dispositif d'éclairage de véhicule automobile du type projecteur avant qui comprend le module optique réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'éclairage comprend en outre un module de feu de croisement.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 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 en perspective qui représente un dispositif d'éclairage ou de signalisation comportant un module optique réalisé selon les enseignements de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective qui représente une carte à circuits imprimés du dispositif de la figure 1 comportant une matrice de diodes électroluminescentes ;
- la figure 3 est une vue en perspective qui représente l'arrière d'un élément optique primaire du dispositif de la figure 1 comportant une pluralité de guides de lumière ;
- la figure 4 est une vue en section selon le plan de coupe 4-4 horizontal de la figure 1 sur laquelle on a représenté en pointillés la surface focale objet courbe de l'optique de projection ainsi que le plan dans lequel sont agencées les faces de sortie des guide de lumière de l'élément optique primaire.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
Dans la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif des orientations :
- longitudinale L orientée d'arrière en avant selon l'axe optique de l'optique de projection du module optique ;
- transversale T orientée de gauche à droite ;
- verticale V orientée de bas en haut.
L'orientation verticale V est utilisée à titre de repère géométrique sans rapport avec la direction de la gravité.
Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique et/ou des fonctions analogues seront désignés par de mêmes références.
On a représenté à la figure 1 un module 10 optique qui est destiné à équiper un dispositif d'éclairage ou de signalisation pour véhicule automobile. Le module 10 optique est destiné à émettre un faisceau lumineux final longitudinalement vers l'avant. Il s'agit ici d'un faisceau lumineux adaptatif qui est composé d'une pluralité de faisceaux élémentaires qui se chevauchent. Un tel module 10 optique est notamment apte à remplir une fonction de feu de route adaptatif, aussi connu sous l'appellation ADB pour Adaptative Driving Beam, ou il est aussi apte à remplir une fonction de feu d'éclairage directionnel, aussi connu sous l'appellation DBL pour Dynamic Bending Light.
Le dispositif d'éclairage comporte au moins le module 10 optique. Le module 10 optique comporte principalement des moyens 12 d'émission de lumière et une optique 14 de projection qui est agencée longitudinalement en avant et à distance des moyens 12 d'émission. L'optique 14 de projection présente un axe A optique longitudinal
En variante non représentée de l'invention, le dispositif d'éclairage comprend en outre un deuxième module de feu de croisement qui est apte à émettre un unique faisceau de croisement à coupure.
Les moyens 12 d'émission de lumière comportent ici une matrice 16 de sources 18 lumineuses primaires d'émission de lumière. Il s'agit ici de diodes 18 électroluminescentes. La matrice 16 est équipée de deux rangées transversales de dix-sept diodes 18 électroluminescentes. L'axe A optique passe sensiblement au milieu de la matrice 16 selon la direction transversale.
La matrice 16 s'étend dans un plan orthogonal à la direction longitudinale L. Plus particulièrement, les diodes 18 électroluminescentes sont ici portées par la face avant d'une carte 20 à circuits imprimés.
Ces diodes 18 électroluminescentes sont susceptibles d'émettre de la chaleur durant leur fonctionnement. Un puits 22 de chaleur comportant des ailettes de refroidissement est donc accolé au dos de la carte 20 à circuits imprimés pour évacuer la chaleur.
Les diodes 18 électroluminescentes émettent des rayons lumineux dans un cône de lumière très ouverts. En outre, chaque diode 18 électroluminescente présente une surface d'émission dont les dimensions doivent être adaptées pour pouvoir être utilisé efficacement par le module 10 optique. A cet effet, le module optique comporte un premier élément 24 optique primaire est agencé longitudinalement en avant de la matrice 16 de diodes 18 électroluminescentes pour modifier la distribution des rayons lumineux émis.
Comme représenté à la figure 2, l'élément 24 optique primaire comporte ici une première portion 24A arrière qui est formée d'une pluralité de guides 26 de lumière. Chaque guide 26 de lumière s'étend selon un axe principal longitudinal depuis une face 28 d'entrée, jusqu'à une face 30 d'extrémité avant de sortie des rayons lumineux, notamment visible à la figure 4. Chaque guide 26 de lumière est conçu pour guider les rayons entrant par la face 28 d'entrée jusqu'à la face 30 de sortie. Dans le contexte de l'invention, chaque face 30 de sortie forme une source lumineuse élémentaire secondaire qui sera désignée par la suite source 30 lumineuse élémentaire secondaire.
La portion 24A arrière comporte une matrice comportant au moins autant de guides 26 de lumière que la matrice 16 comporte de diodes 18 électroluminescentes. Chaque guide 26 de lumière est associé à une diode 18 électroluminescente. Ainsi, la portion 24A arrière comporte deux rangées de dix-sept guides 26 de lumière.
Les faces 28 d'entrée des guides 26 de lumière sont agencées dans un plan commun qui est parallèle au plan de la carte 20 à circuits imprimés. Lorsque l'élément 24 optique primaire est agencé dans le module optique 10, chaque face 28 d'entrée est ainsi positionnée longitudinalement en vis-à-vis et à proximité d'une diode 18 électroluminescente associée, comme cela est illustré à la figure 4, de manière que la majeure partie des rayons lumineux émis par chaque diode 18 électroluminescente entre dans le guide 26 de lumière associé.
Comme cela est visible à la figure 3, chaque guide 26 de lumière est susceptible de présenter une section adaptée pour produire un faisceau lumineux élémentaire primaire sortant de la forme souhaitée pour la fonction du module 10 optique équipant le dispositif d'éclairage ou de signalisation.
Les faces de sortie des guides 26 de lumière, formant sources 30 lumineuses élémentaires secondaires, sont agencées dans un plan P commun d'émission qui est parallèle au plan de la carte 20 à circuits imprimés, comme indiqué à la figure 4. De cette manière, les guides 26 de lumière présentent tous une longueur identique.
Les faces de sortie des guides 26 de lumière forment ainsi une matrice de sources 30 lumineuses élémentaires secondaires, ici de deux rangées de dix-sept sources secondaires, dont chacune est apte à émettre un faisceau élémentaire primaire selon une direction principale longitudinale de projection depuis le plan P commun d'émission orthogonal à la direction longitudinale L. Les faces de sortie, formant sources lumineuses élémentaires secondaires, sont agencées à proximité immédiates les unes des autres, par exemple à 0,1 mm d'écart les unes des autres.
L'élément 24 optique primaire comporte aussi une portion 24B avant de mise en forme des faisceaux lumineux élémentaires primaire émis par les sources 30 lumineuses élémentaires ίο secondaires. Cette portion 24B avant permet par exemple d'étaler les faisceaux lumineux élémentaires verticalement et/ou horizontalement.
La portion 24B avant comporte une face 32 d'extrémité avant commune de sortie des rayons lumineux de l'élément optique primaire.
Cette portion 24B avant est ici réalisée venue de matière avec les guides 26 de lumière de manière que l'élément 24 optique primaire soit réalisé en un bloc.
L'élément 24 optique primaire est par exemple réalisé en silicone, en polycarbonate, en polyméthylméthacrylate (PMMA) ou en tout autre matériau adapté pour la réalisation de guides 26 de lumière.
L'optique 14 de projection est agencée longitudinalement à distance en avant du plan P d'émission. L'optique 14 de projection est apte à projeter une image des sources 30 lumineuses élémentaires secondaires vers l'infini pour former le faisceau lumineux final. En projection sur un écran vertical transversal (non représenté) situé à grande distance, par exemple à 25 m, chaque source 30 lumineuse élémentaire secondaire permet d'éclairer une zone de l'écran. Les zones se chevauchent légèrement de manière à éclairer de manière homogène. Chaque diode 18 est commandée individuellement de manière à pouvoir éclairer sélectivement chacune des zones de l'écran.
L'optique 14 de projection est ici réalisée en un seul bloc.
De manière connue, l'optique 14 de projection comporte une surface focale objet S s'étend globalement orthogonalement à l'axe A optique qu'elle coupe au niveau du foyer objet.
Pour que le faisceau final obtenu présente des caractéristiques lumineuses souhaitées pour son utilisation, il est nécessaire que les sources 30 lumineuses élémentaires secondaires soient imagées de manière sensiblement nette. A cet effet, chaque source 30 lumineuse élémentaire secondaire soit être située sur la surface focale objet de l'optique 14 de projection.
Théoriquement, l'optique 14 de projection est censée présenter une surface focale objet plane et parfaitement orthogonale à l'axe A optique. Cependant, dans la réalité, il est connu que l'optique 14 de projection présente une surface focale objet ayant un défaut de courbure sphérique concave. Un tel défaut est appelé aberration de champ de Petzval.
Pour permettre de focaliser correctement l'optique 14 de projection sur les sources 30 de lumière élémentaires secondaires, un deuxième élément 34 optique de correction de champ est interposé entre le plan P d'émission et l'optique 14 de projection. Cet élément 34 optique de correction de champ est spécifiquement conçu pour corriger l'aberration de courbure de champ de l'optique 14 de projection.
L'élément 34 optique de correction de champ est conformé de manière que, vue depuis l'élément 24 optique primaire, l'image de la surface S focale courbe de l'optique 14 de projection par l'élément 34 optique de correction de champ s'étende dans un plan focal objet en coïncidence avec le plan P d'émission de la matrice de sources 30 lumineuses élémentaires secondaires. L'optique 14 de projection aura été préalablement positionnée de manière que la surface S focale objet soit tangente avec le plan P d'émission, l'élément 34 optique de correction de champ ayant pour effet d'aplanir la surface S focale objet vers le plan P d'émission.
L'élément 34 optique de correction de champ est formé par au moins une lentille de correction de champ aussi connue sous sa dénomination anglaise de field flattener lens. Dans l'exemple représenté aux figures, l'élément 34 optique de correction de champ comporte une unique lentille de correction de champ qui sera donc référencée 34 par la suite.
En variante non représentée de l'invention, l'élément optique de correction de champ comporte une pluralité de lentilles de correction de champ agencées en série le long de l'axe optique.
L'élément 34 optique de correction de champ comporte une face 36 arrière d'entrée des rayons lumineux qui est agencée longitudinalement à distance du plan P d'émission. La face 36 d'entrée de l'élément 34 optique de correction de champ est agencée longitudinalement à distance de la face 32 de sortie de l'élément 24 optique primaire. Comme cela est visible à la figure 4, la face 36 d'entrée de la lentille de correction de champ est concave en son centre à proximité de l'axe A optique.
En variante non représentée de l'invention, la face 36 d'entrée de la lentille de correction de champ est convexe à sa périphérie radialement à distance de l'axe optique.
L'élément 34 optique de correction de champ comporte une face 38 avant de sortie des rayons lumineux. Cette face 38 de sortie est agencée longitudinalement en vis-à-vis et à distance de l'optique 14 de projection. La face 38 de sortie présente ici une forme convexe.
Grâce à l'agencement de l'élément 34 optique de correction de champ entre l'élément 24 optique primaire et l'optique 14 de projection, il est possible de réaliser des guides 26 de lumière courts présentant une longueur identique. L'élément 24 optique primaire est ainsi plus aisé à fabriquer.
Il est notamment possible d'utiliser des matériaux qui ne permettent pas d'obtenir des guides de lumière longs par moulage. L'élément 24 optique primaire selon l'invention est ainsi susceptible d'être obtenu en polycarbonate tandis que les éléments optiques primaires selon l'état de la technique présentant des guides de lumière très long ne peuvent être réalisés qu'en silicone.
On comprendra bien sûr, qu'a fortiori, l'élément 24 optique primaire réalisé selon les enseignements de l'invention peut être réalisé en silicone.
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Module (10) optique pour véhicule automobile présentant un axe (A) optique longitudinal et comportant :- une matrice de sources (30) lumineuses élémentaires dont chacune est apte à émettre un faisceau élémentaire primaire depuis un plan (P) commun d'émission orthogonal à l'axe (A) optique ;- une optique (14) de projection qui est agencée longitudinalement à distance en avant de la matrice de sources (30) lumineuses élémentaires et qui est apte à projeter l'image des sources (30) lumineuses élémentaires, l'optique (14) de projection comportant une surface (S) focale objet présentant un défaut de courbure ;caractérisé en ce qu'un élément (34) optique de correction de champ est interposé entre le plan (P) d'émission et l'optique (14) de projection.
- 2. Module (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément (34) optique de correction de champ comporte une face (36) d'entrée des rayons lumineux qui est agencée longitudinalement à distance du plan (P) d'émission.
- 3. Module (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (24) optique primaire comportant une pluralité de guides (26) de lumière d'axes principaux longitudinaux, chaque guide (26) de lumière comportant une face (28) d'entrée de rayons lumineux émis par des sources (18) lumineuses primaires associées et une face (30) d'extrémité avant de sortie de rayons lumineux qui est agencée dans le plan (P) d'émission, chaque face (30) de sortie formant une source (30) lumineuse élémentaire secondaire de ladite matrice de sources (30) lumineuses élémentaires.
- 4. Module (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les sources (18) lumineuses primaires sont agencées dans un plan parallèle au plan (P) d'émission, tous les guides (26) de lumière présentant une longueur longitudinale identique.
- 5. Module (10) lumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que tous les guides (26) de lumière sont réalisés en un élément (24) optique primaire réalisé en un bloc commun comportant une face (32) avant commune de sortie des rayons lumineux.
- 6. Module (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face (36) d'entrée de l'élément (34) optique de correction de champ est agencée longitudinalement à distance de la face (32) de sortie de l'élément (24) optique primaire.
- 7. Module (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (34) optique de correction de champ est formé par au moins une lentille (34) de correction de champ.
- 8. Module (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément (34) optique de correction de champ est formé par une unique lentille (34) de correction de champ.
- 9. Module (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face (36) d'entrée de la lentille (34) de correction de champ est concave en son centre à proximité de l'axe (A) optique.
- 10. Module (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face (36) d'entrée de la lentille (34) de correction de champ est convexe à sa périphérie radialement à distance de l'axe (A) optique.
- 11. Module (10) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la lentille (34) de correction de champ comporte une face (38) de sortie convexe.îo
- 12. Dispositif d'éclairage de véhicule automobile du type projecteur avant qui comprend le module (10) optique réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 13. Dispositif d'éclairage selon la revendication
- 15 précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un module de feu de croisement.
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