FR3064371A1

FR3064371A1 - Dispositif optique integrant des structures optiques correctives

Info

Publication number: FR3064371A1
Application number: FR1752500A
Authority: FR
Inventors: Antoine De Lamberterie; Marine Courcier; Nicolas Lefaudeux; Alexandre JOERG
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: FR3064371B1

Abstract

Il est proposé un dispositif optique, notamment pour véhicule automobile, comprenant un ou plusieurs éléments optiques, deux ou plus structures optiques réalisant chacune une fonction optique et étant disposées sur une ou plusieurs surfaces. Lesdites deux ou plusieurs structures optiques sont configurées pour modifier la direction de propagation de rayons lumineux qui passent à travers lesdits un ou plusieurs éléments optiques, la modification de la direction de propagation des rayons lumineux étant créée par une variation de la somme des épaisseurs desdites deux ou plus structures optiques, la somme des épaisseurs étant inférieure ou égale un millimètre. Un tel dispositif diminue le poids et l'encombrement des dispositifs optiques embarqués dans un véhicule automobile tout en améliorant leurs qualités optiques.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention se rapporte au domaine des projecteurs de véhicule automobile. Les feux de croisement et/ou de routes sont des exemples de fonctions exécutées par des projecteurs. L'invention se rapporte plus précisément aux modules optiques utilisés au sein de ces projecteurs.

ARRIÈRE-PLAN

La projection d'un faisceau lumineux par un projecteur de véhicule automobile permet classiquement d'éclairer la route et ainsi d'augmenter la visibilité en cas d'obscurité, par exemple de nuit. Cela permet une conduite sécurisée du véhicule.

Les projecteurs exécutent habituellement des fonctions de feux de croisement, de feux de route, ou encore de feux de brouillard. Les feux de croisement se distinguent des autres feux car ils comportent une coupure pour ne pas éblouir les usagers d'autres véhicules, notamment ceux venant de face. Cette coupure, qui se matérialise sous la forme d'une « ligne de coupure », crée une zone de transition entre une zone éclairée et une zone sombre. La forme de la ligne de coupure est généralement soumise à une règlementation, par exemple les règlementations 112 et 98 UNCE ou encore US FMVSS108.

Les projecteurs comprennent généralement un ou plusieurs dispositifs optiques qui forment un faisceau lumineux qui sert à éclairer la route ou encore à signaler le véhicule intégrant les projecteurs. Ces dispositifs optiques forment un faisceau lumineux en modifiant la trajectoire des rayons issus d'une source lumineuse du projecteur. Par exemple, un dispositif optique peut former un faisceau lumineux collimaté, c'est-à-dire que les rayons qui composent le faisceau lumineux se propagent de manière sensiblement parallèle. Ou encore, un dispositif optique peut comprendre des moyens permettant de créer un flou du faisceau au niveau de la ligne de coupure, pour que la transition entre les zones sombre et éclairé soit progressive. Le flou améliore le confort de l'œil du conducteur, diminuant ainsi la fatigue visuelle. Dans un autre exemple, un dispositif optique peut comprendre des moyens permettant de réduire le chromatisme qui est généralement observé au niveau de la « ligne de coupure » d'un feu de croisement.

Ainsi, les dispositifs optiques intégrés aux projecteurs de véhicules automobiles peuvent comprendre un élément optique qui crée un effet optique sur le faisceau lumineux afin d'en améliorer la qualité. Cependant, les éléments optiques présentent le désavantage d'être encombrants et pesant. Or, les constructeurs automobiles cherchent à diminuer le poids des véhicules afin d'abaisser la consommation énergétique des véhicules. Ils cherchent également à réduire l'encombrement des projecteurs afin de faciliter leur intégration dans le véhicule.

Dans ce contexte, il existe un besoin pour diminuer le poids et l'encombrement des dispositifs optiques embarqués dans un véhicule automobile tout en améliorant leurs qualités optiques.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION

On propose pour cela un dispositif optique pour véhicule automobile. Ce dispositif optique comprend un ou plusieurs éléments optiques, deux ou plus structures optiques réalisant chacune une fonction optique et étant disposées sur une ou plusieurs surfaces. Lesdites deux ou plusieurs structures optiques sont configurées pour modifier la direction de propagation de rayons lumineux qui passent à travers lesdits un ou plusieurs éléments optiques, la modification de la direction de propagation des rayons lumineux étant créée par une variation de la somme des épaisseurs desdites deux ou plus structures optiques, la somme des épaisseurs étant inférieure ou égale un millimètre.

Le dispositif optique peut également comprendre :

- une fonction optique réalisée par une structure optique est sélectionnée parmi une fonction de collimation des rayons lumineux ; une fonction de floutage des rayons lumineux ; une fonction antireflet des rayons lumineux sur lesdits un ou plusieurs éléments optiques ; une fonction de diffraction des rayons lumineux ;

- au moins un desdits un ou plusieurs éléments optiques est sélectionné parmi une lentille ; une lentille de Fresnel ; une plaque de verre ;

- au moins une des surfaces est un dioptre d'un desdits un ou plusieurs éléments optiques ;

- le dioptre est un dioptre plan ;

- au moins un desdits un ou plusieurs éléments optiques et au moins une des structures optiques sont obtenus par un procédé de moulage par injection ;

- au moins une des deux ou plus structures optiques est disposée sur un film, le film étant en contact sur au moins une ou plusieurs surfaces ;

- ladite au moins une des structures optiques disposée sur le film est constituée d'un liquide ayant polymérisé sur le film ;

- le film est maintenu tendu à l'aide d'une bague ;

- l'épaisseur d'une structure optique correspond, pour un point donné de la surface sur laquelle est déposée la structure optique, à une hauteur de la structure optique selon la normale à la surface en ce point donné ;

- les surfaces sont des surfaces réglées ;

- deux structures optiques sont disposées sur une première surface et une troisième structure optique est disposée sur une deuxième surface ;

- lesdites deux ou plus structures optiques sont disposées sur lesdites une ou plusieurs surfaces de sorte que tout rayon lumineux qui passe à travers lesdits un ou plusieurs éléments optiques a sa direction de propagation qui est modifiée par chaque fonction optique.

Il est également proposé un module lumineux qui comprend au moins une source lumineuse et au moins un dispositif optique selon l'invention.

Il est aussi proposé un dispositif lumineux comprenant le module lumineux selon l'invention. Le dispositif lumineux peut être un projecteur avant ou arrière pour véhicule automobile.

Il est en outre proposé un véhicule automobile comprenant le dispositif lumineux et/ou le module lumineux selon l'invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Différents modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits, à titre d'exemples nullement limitatifs, en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

FIG. 1 illustre un exemple de module lumineux intégrant un premier exemple de dispositif optique selon l'invention ;

FIG. 2 illustre un exemple de module lumineux intégrant un deuxième exemple de dispositif optique selon l'invention ;

FIG. 3 illustre un exemple de module lumineux intégrant un troisième exemple de dispositif optique selon l'invention ;

FIG. 4 illustre un quatrième exemple de dispositif optique selon l'invention ;

FIG. 5 illustre un cinquième exemple de dispositif optique selon l'invention ;

FIG. 6 illustre un exemple de structures optiques et un exemple de superposition de structures optiques ;

FIG. 7 illustre un exemple de structures optiques comportant un motif composé d'éléments optiques minces.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

Il est proposé un dispositif optique pour véhicule automobile. Le dispositif optique peut être associé à une source lumineuse pour assurer la projection d'un faisceau lumineux sur une scène qui est l'environnement du véhicule susceptible d'être éclairé. L'association d'un dispositif optique et d'une source lumineuse constitue un module lumineux. Le dispositif optique peut former des faisceaux lumineux pour des fonctions d'éclairage du type feu de croisement, de feu de route, de feu de brouillard.

Le dispositif optique selon l'invention comprend un ou plusieurs éléments optiques qui modifient la trajectoire des rayons issus d'une source lumineuse. Le dispositif optique permet ainsi de dévier la trajectoire des rayons lumineux émis par une source de lumière de sorte à former un faisceau lumineux. Est appelé faisceau lumineux un ensemble de rayons lumineux. Un faisceau lumineux peut être convergent : il s'agit du cas où les rayons qui le constituent convergent en un point. Un faisceau lumineux peut également être divergent : il s'agit du cas où les rayons semblent provenir du même point, ce qui du faisceau lumineux émis par la source lumineuse. Un faisceau lumineux peut aussi être parallèle ou collimaté : il s'agit du cas où les rayons constitutifs du faisceau sont parallèles. En pratique, le dispositif optique forme un faisceau lumineux collimaté car un faisceau collimaté permet d'obtenir un éclairage satisfaisant et homogène pour l'usager du véhicule automobile avec la meilleure portée.

Le dispositif optique selon l'invention est adapté aux véhicules pouvant être tout type de véhicule terrestre, par exemple une automobile, une motocyclette, ou un camion. Le véhicule peut être équipé d'un ou plusieurs dispositifs lumineux qui comprennent le dispositif optique selon l'invention. Par exemple, le dispositif lumineux peut être un projecteur pour véhicule avant ou arrière. Le projecteur avant/arrière peut comprendre un ou plusieurs dispositifs optiques configurés chacun pour projeter un faisceau lumineux. Le dispositif optique selon l'invention peut être également compris dans un module lumineux ou encore dans un dispositif lumineux permettant d'éclairer l'intérieur d'un véhicule.

Le dispositif optique selon l'invention peut comprendre un ou plusieurs éléments optiques. Un élément optique est un élément permettant de modifier la trajectoire des rayons lumineux ou les propriétés de la lumière. L'élément optique comprend au moins un milieu transparent limité par des dioptres -par exemple un dioptre d'entrée et un dioptre de sortiequi peuvent être par exemple plans, convexes, ou concaves. Le terme dioptre désigne une surface séparant deux milieux transparents homogènes et isotropes, d'indices de réfraction différents. La terminologie « dioptre d'entrée » désigne le premier dioptre d'un élément dioptrique rencontré par les rayons lumineux qui vont traverser cet élément dioptrique. Par analogie, le « dioptre de sortie » désigne le dernier dioptre d'un élément dioptrique rencontré par les rayons lumineux qui ont traversé cet élément dioptrique. Sont par exemple dioptriques des prismes, lentilles, plaques de verre et plus généralement tout éléments transparent comportant des dioptres.

Le dispositif optique comprend un ou plusieurs éléments optiques aptes à former un faisceau lumineux. Par exemple sur la FIG. 1, le dispositif optique comprend une lentille planconvexe. On comprend que le dispositif optique selon l'invention ne se limite pas à cet exemple, et peut comprendre des éléments optiques de toute nature tels qu'une lentille convexe, une lentille concave, une lentille de Fresnel, une plaque de verre. De manière générale, toute lentille optique connue, et notamment dans le domaine automobile, peut être utilisée.

Le dispositif optique selon l'invention comprend également deux ou plus structures optique 103. Une structure optique est un ensemble d'éléments optiques minces qui réalisent une fonction optique. Les éléments optiques minces de l'ensemble sont de préférence disposés selon un motif. La fonction optique des structures optiques est liée l'ensemble des éléments optiques minces selon ce motif. Un exemple de structure optique est maintenant discuté.

La FIG. 7 illustre un exemple de structure optique 700 disposée sur au moins une surface 706. La structure optique est un ensemble d'éléments optiques minces 701. La structure optique s'étend dans le plan (x,y) du repère 705.

Les éléments optiques minces sont par exemple identiques. Leur disposition peut être aléatoire ou bien encore réalisée selon un motif. La FIG. 7 illustre le cas dans lequel les éléments optiques minces 701 sont identiques et disposés de sorte à remplir des contraintes du motif. Les contraintes du motif sont les suivantes : la distance 702 selon l'axe x du repère orthonormé 705 entre deux éléments successifs, la distance 703 selon x entre deux éléments successifs, la distance 704 selon y entre deux éléments successifs, la distance 707 selon 7 entre deux éléments successifs sont des distances constantes dont les valeurs sont fixées pour un motif donné. Les éléments optiques minces sont ainsi répétés (on peut également dire qu'ils sont disposés) selon les deux axes x et y du plan 706.

Comme indiqué sur la FIG. 7, la disposition selon un motif peut par exemple aboutir à des lignes d'éléments optiques minces disposés sur la surface 706. Cet exemple n'est pas limitatif, et on peut imaginer par exemple que la disposition selon un motif peut aboutir par exemple à des arcs de cercles d'éléments optiques minces, à des cercles d'éléments optiques minces, à des lignes brisées d'éléments optiques minces. Les distances 702, 703, 704 et 707 peuvent être constantes pour l'ensemble de la structure optique, ou variables.

Dans un autre exemple (non représenté), la disposition des éléments optiques minces n'est pas régulière. C'est-à-dire que les éléments optiques minces, disposés sur au moins une surface, sont placés les uns par rapport aux autres avec un pas qui est variable. Les variations du pas peuvent répondre à une fonction mathématique telle que par exemple une fonction est croissante et décroissante pour une période donnée (par exemple une fonction sinusoïdale), ou bien les variations du pas peuvent être aléatoires.

Les éléments optiques minces peuvent être des milieux transparents délimités par des dioptres. Le comportement optique des éléments optiques minces, c'est-à-dire la manière dont ils modifient la trajectoire des rayons incidents sur l'un de leurs dioptres, dépend de leurs géométries (leurs formes) ainsi que dans le cas échéant des propriétés des optiques matériaux transparents qui les constituent.

La FIG. 6 illustre l'épaisseur d'un élément optique mince qui comprend une structure optique selon une vue en coupe en deux dimensions, dans le plan (z,y) du repère orthonormé 613 attaché à la structure optique (identique au repère orthonormé de la FIG. 7). L'élément optique mince 604,602 est disposé sur une surface 603,601 : la répétition de cet élément optique sur la surface constitue un motif. Le motif dans l'exemple 620 est régulier, c'est-à-dire que l'espace entre deux éléments optiques minces successifs est toujours le même. Au contraire, dans l'exemple 630 de la FIG. 6, la disposition des éléments optiques minces n'est pas régulière.

L'épaisseur de l'élément optique mince, et donc l'épaisseur de la structure optique, est la hauteur de la structure optique selon la normale à la surface en un point donné. En d'autres termes, il s'agit de la hauteur de l'élément d'optique mince en un point donné de la surface selon la verticale à la surface, c'est-à-dire selon l'axe z dans le cas d'une optique globalement plane. Aussi, par exemple l'élément optique 602, et donc plus généralement la structure optique 620, a une épaisseur qui varie le long de l'axe y. En effet, l'épaisseur d'un élément optique mince est liée à son épaisseur selon la direction de l'axe z.

Les éléments optiques sont qualifiés de minces car ils présentent une épaisseur inférieure au millimètre. Lorsque l'épaisseur varie, comme dans le cas de la FIG. 6, l'épaisseur maximum d'un élément optique mince n'excède pas un millimètre. Ainsi, de manière générale, des éléments optiques dioptriques ayant une épaisseur inférieure ou égale à un millimètre peuvent être qualifiés d'éléments optiques minces.

Une structure optique fournit une fonction optique. L'expression « fonction optique » signifie que les rayons traversant la structure sont déviés. On utilise de préférence un seul type d'élément optique mince pour une structure optique donnée. Cela permet d'avoir un comportement optique homogène le long de la structure optique. Les éléments optiques minces qui composent la structure optique peuvent être organisés de sorte à former un motif. Le comportement des structures optiques, c'est-à-dire la manière dont ces structures optiques modifient la trajectoire des rayons lumineux les traversant, dépend à la fois de la nature de l'élément optique mince utilisé, c'est-à-dire le matériau le composant ainsi que sa forme, mais également du motif selon lequel les éléments optiques minces sont disposés.

La modification de la trajectoire des rayons incidents par les éléments optiques d'une structure optique dépend donc de la matière utilisée pour la structure optique, mais également de l'épaisseur de la structure optique. Il est donc possible, de concevoir des structures optiques en vue d'obtenir une fonction optique, ou un effet optique, souhaitée sur la lumière traversant la structure.

Ainsi, il existe différents types de structures optiques, et à chaque type est associée une fonction optique qui détermine comment sont déviés les rayons qui traversent la structure optique. Des structures optiques particulièrement intéressantes dans un contexte d'automobile sont présentés maintenant.

Une première structure optique est une structure optique ayant une fonction de diffraction des rayons lumineux. Cette première structure optique peut être utilisée dans le dispositif optique selon l'invention et combinée à une ou plusieurs autres structures optiques selon l'invention. Cette structure optique permet de réduire le phénomène de dispersion chromatique observable, résultant de la nature dispersive intrinsèque aux éléments optiques composant le dispositif optique. La visibilité de ce phénomène de dispersion est notamment causée par la combinaison des deux faits suivants : tout d'abord, la lumière généralement utilisée dans le domaine de l'automobile est une lumière blanche, polychromatique, et ensuite le faisceau projeté peut comporter une ligne de coupure imposée par la règlementation. Le phénomène de dispersion se matérialise par le fait que les phares projetant un faisceau de lumière blanche apparaissent bleus au voisinage d'une ligne de coupure pour les autres usagers. On parle également de chromatisme : ce chromatisme, et plus particulièrement le chromatisme de la ligne de coupure, s'avère gênant pour les autres usagers de la route. L'utilisation de structures optiques diffractives permet de rendre le système optique achromatique et donc de réduire le phénomène de dispersion visible en sortie de du module lumineux. Cette structure optique ayant une fonction de diffraction des rayons lumineux peut être réalisée à l'aide d'une structure blazée -structure en dents de scies, connue aussi sous le nom de réseau en échelette- ou encore à l'aide d'un motif binaire tel que par exemple un motif en créneau; un motif en créneau a une tranche périodique en tout ou rien. Ces éléments optiques minces peuvent par exemple être disposés afin de former des lignes d'éléments optiques. Dans ce cas, l'espacement entre deux lignes successives peut dépendre de l'importance du phénomène de dispersion à corriger. Une structure optique ayant une fonction de diffraction a une épaisseur généralement d'environ un micromètre, un pas inférieur à 150pm, et permet de corriger la différence de propagation des longueurs d'ondes constitutive d'un rayon lumineux qui responsable du chromatisme visible.

Une deuxième structure optique est une structure optique ayant une fonction de floutage des rayons lumineux. Elle peut également être utilisée dans le dispositif optique selon l'invention et combinée à une ou plusieurs autres structures optiques. La fonction de cette structure optique est d'assurer, dans le cas d'un faisceau à coupure, que la transition entre la zone sombre et la zone éclairée soit progressive. Par une déviation locale, le floutage des rayons lumineux permet éviter d'avoir une ligne de coupure nette, pouvant se révéler gênante pour les usagers. Le floutage permet également d'adapter le faisceau lumineux projeté aux aspects règlementaires qui définissent un floutage minimum et maximum. Cette structure optique est ainsi composée d'éléments optiques et se matérialise comme des ondulations qui ont pour effet de créer un flou, c'est-à-dire une déviation locale des rayons lumineux incidents sans provoquer de convergence globale de ces rayons. Cette structure se matérialise par des ondulations de faibles épaisseurs allant de 1 micromètres à 20 micromètres, bornes inférieures incluses, et avec un pas de 0.2mm à plusieurs mm, par exemple entre 0,2mm et 5mm bornes incluses.

Une troisième structure optique est une structure optique ayant une fonction antireflet des rayons lumineux sur lesdits un ou plusieurs éléments optiques. Cette structure optique peut être utilisée au sein du dispositif optique et combinée à une ou plusieurs autres structures optiques. Cette structure optique agit comme un traitement antireflet d'un dioptre sur lequel elle est disposée. En effet, lorsqu'une lumière est incidente sur un dioptre, une partie de la lumière est transmise et une autre partie de la lumière est réfléchie. L'apposition de cette structure sur un dioptre permet de d'augmenter la part de lumière transmise en diminuant la part de lumière réfléchie. Cette structure optique permet d'augmenter l'intensité du faisceau lumineux projeté car elle favorise la quantité de lumière transmise. Cette structure optique, nommée en anglais moth eyes, ne reflète pas la lumière grâce à sa structure comprenant des cônes, de quelques centaines de nanomètres de haut, et disposés en ligne, séparés de quelques centaines de nanomètres, permettant l'élimination de la réflexion de la lumière. Des cônes similaires sont utilisés comme éléments optiques mince dans cette structure optique qui a une épaisseur de l'ordre de quelques centaines de nanomètres.

Une quatrième structure optique ayant une fonction de collimateur des rayons lumineux peut aussi être utilisée au sein du dispositif optique et combinée avec une ou plusieurs autres structures optiques. Le faisceau lumineux en sortie du module lumineux est un faisceau lumineux collimaté, permettant d'avoir une meilleure portée de l'éclairage. On peut donc utiliser une structure optique permettant de collimater les rayons lumineux traversant le dispositif optique. Par exemple, la structure peut reproduire la forme d'une lentille de Fresnel.

Les structures optiques comprises dans le dispositif optique sont disposées sur une ou plusieurs surfaces. Le terme surface désigne un support sur lequel sont disposées une ou plusieurs structures optiques. Ces surfaces sont donc des éléments de soutien d'une ou de plusieurs structures optiques. Les surfaces peuvent être des surfaces planes, ou plus généralement des surfaces réglées. Par exemple, un dioptre d'un des éléments optiques peut être utilisé comme support. Ainsi, plusieurs structures optiques peuvent être utilisées dans un même dispositif optique, chacune d'entre elle pouvant être disposée sur une surface, pouvant être une même surface pour plusieurs structures optiques ou des surfaces distinctes, pouvant être un dioptre d'un des éléments. Il est également envisageable, comme illustré FIG. 5, que des structures optiques soient disposées sur les deux dioptres (d'entrée 502 et de sortie 503) d'une lentille.

Le dispositif optique 106 du module lumineux 100 illustré par la FIG. 1 comprend plusieurs structures optiques 103 qui sont disposées sur le dioptre d'entrée de la lentille 102. La terminologie « dioptre d'entrée » désigne le premier dioptre de la lentille rencontré par les rayons lumineux qui vont traverser cette lentille. Les structures optiques sont disposées de sorte qu'au moins une partie des rayons lumineux devant traverser l'élément optique 102 traverse également la structure optique 106. Ainsi, les structures optiques présentes dans le dispositif optique modifient la direction de propagation de rayons lumineux 104 qui passent à travers les éléments optiques. De préférence, tous les rayons 104 émis par la source 101 et formant le faisceau lumineux projeté en sortie du dispositif optique ont traversé la structure optique 103. Les structures optiques sont disposées sur une ou plusieurs surfaces - dans cet exemple, sur le dioptre plan d'entrée de la lentille 102- de sorte que tout rayon lumineux 104 qui passe à travers l'élément optique 102 a sa direction de propagation modifiée par chaque fonction optique propre à chaque structure optique.

Plusieurs structures optiques peuvent être utilisées dans le dispositif optique. Ainsi, les effets optiques sont additionnés. Par exemple, l'utilisation de quatre structures optiques réalisant les fonctions optiques décrites précédemment - on peut également parler de combinaison des fonctions optiques - permet d'obtenir un faisceau lumineux collimaté, non chromatique, avec une transition entre la zone sombre et la zone éclairée progressive, avec une intensité optimisée.

Plusieurs structures optiques peuvent être disposées sur la même surface. Dans ce cas, les structures optiques sont superposées, ou encore additionnées. Cela permet notamment de d'exécuter les fonctions optiques propres à chaque structure optique et de plus à réduire l'encombrement en n'utilisant qu'une surface.

Le principe de la superposition - on peut également parler du principe de combinaisonde deux structures optiques 620 et 630 est illustré sur la FIG. 6. Deux structures optiques 620,630 sont représentées. Chaque structure optique 620, 630 est disposée sur sa propre surface 601, 603. Un exemple de superposition 640 de ces deux structures est représenté sur la partie base de la FIG. 6. Les deux structures 620, 630 superposées sont disposées sur une surface 605.

La structure optique 640 obtenue par la superposition des deux structures optiques 620, 630 a une épaisseur qui pour un point donné sur la surface 605 est égale la somme de l'épaisseur 610 de la structure optique 620 et de l'épaisseur 611 de la structure optique 630. Ainsi la variation d'épaisseur de la structure optique 640 résultant de la superposition des deux structures optiques est égale à la somme des épaisseurs des deux structures optiques 620 et 630.

Avantageusement, la somme des épaisseurs des structures optiques combinées n'excède pas un millimètre, c'est-à-dire qu'elle est inférieure ou égale à un millimètre. Ainsi la variation de l'épaisseur de la structure optique obtenue par la superposition de deux ou plus structures optiques permet de conférer à la structure optique ainsi obtenue les fonctions optiques des structures optiques prises individuellement. En d'autres termes, la modification de la direction de propagation des rayons lumineux traversant la structure optique « résultante » découle de la variation de la somme des épaisseurs des structures optiques superposées.

Ainsi, le dispositif optique selon l'invention autorise la superposition des structures optiques composées de deux ou plus éléments optiques minces, ce qui permet de réduire le poids du dispositif optique et la quantité de matière utilisée pour ce dispositif optique. Le dispositif optique selon l'invention peut par exemple permettre de projeter un faisceau lumineux de feu de route collimaté qui ne présente pas de chromatisme au niveau d'une ligne de coupure, et ce dans un encombrement et poids réduit.

La FIG. 1 montre un exemple de module lumineux 100 comprenant un premier exemple de dispositif optique 106 précédemment discuté. Le module lumineux comprend une source lumineuse 101, qui émet des rayons lumineux 105. Ces rayons peuvent être par exemple des rayons de lumière blanche. Les sources lumineuses, aussi appelées sources ponctuelles, émettent des rayons divergents, c'est-à-dire issus d'un même point.

Un module lumineux peut comprendre un ou plusieurs dispositifs optiques. Dans cet exemple, le module lumineux comprend un dispositif optique 106 qui comprend un élément optique 102, une lentille plan-convexe et d'une structure optique 103. Dans cet exemple, la surface sur laquelle est déposée la structure optique 103 est l'un des dioptres de l'élément optique du dispositif optique : en effet, la structure optique est disposée sur le dioptre d'entrée plan de la lentille plan-convexe 102. Ainsi, un dispositif optique selon l'invention peut comprendre une structure optique disposée sur un des dioptres d'un des éléments optiques le constituant, et par ailleurs, le dioptre peut être plan.

La FIG. 2 illustre un autre exemple de module lumineux 200 comprenant un deuxième exemple de dispositif optique selon l'invention. Le module lumineux 200 comprend une source lumineuse 201 émettant des rayons lumineux, pouvant être de lumière blanche. Le module lumineux peut être identique à celui présenté avec la FIG. 1. Le module lumineux comprend également un dispositif optique 204 selon l'invention. Le dispositif optique comprend une plaque 202 et une structure optique 203. La plaque 202 peut être en verre, en polymère, et plus généralement en tout matériau se laissant traverser par la lumière. Dans cet exemple, la surface sur laquelle est déposée la structure optique 203 est l'un des dioptres de l'élément optique, qui est ici le dioptre de sortie plan de la plaque 202. Dans cet exemple, la structure optique a une fonction de collimation des rayons lumineux. Les rayons lumineux divergents issus de la source lumineuse 201 sont déviés de sorte à former un faisceau lumineux 205 composé de rayons parallèles entre eux. Contrairement à la FIG. 1, la structure optique est disposée dans cet exemple sur le dioptre de sortie de l'éléments optique du dispositif optique.

La FIG. 3 illustre un autre exemple de module lumineux 300 comprenant un troisième exemple de dispositif optique selon l'invention. Tout comme dans les deux exemples des FIGs. 1 et 2, le module lumineux 300 comprend une source lumineuse 301 émettant des rayons lumineux, pouvant être de lumière blanche. Le module lumineux comprend également un dispositif optique 306 selon l'invention. Le dispositif optique 306 comprend deux éléments optiques : une plaque transparente 302 et une lentille plan-convexe 304. Le dispositif comprend en outre une structure optique 303 disposée sur le dioptre de sortie de la plaque transparente 302. Cet exemple illustre le cas où le dispositif optique comprend plusieurs éléments optiques. On comprend que l'utilisation de plusieurs éléments optiques ne se limite pas à cet exemple, et que le dispositif optique selon l'invention peut comprendre trois ou plus éléments optiques formant ainsi une combinaison d'éléments optiques. Les éléments optiques peuvent être, par exemple, sélectionnés parmi ceux présentés précédemment. Les structures optiques peuvent être placées indifféremment sur les dioptres d'entrée ou de sortie des éléments optiques du dispositif optique selon l'invention.

La FIG. 4 illustre un exemple de dispositif optique selon l'invention. Ce dispositif optique comprend un élément optique qui est une lentille de Fresnel 401 et d'une structure optique 403 ayant une fonction de diffraction des rayons lumineux. Une lentille de Fresnel 401 comprend un dioptre plan 402 et un dioptre comportant des échelons de Fresnel 404. La structure optique est placée sur le dioptre comportant les échelons de Fresnel 404. De manière générale, une lentille de Fresnel est un type de lentille qui par sa conception, permet d'obtenir une courte distance focale pour un large diamètre, tout en ayant un volume et un poids réduit par rapport aux lentilles classiques. Pour cela, l'épaisseur d'un ensemble de sections annulaires concentriques, aussi appelées zones de Fresnel, est réduite par découpe. L'utilisation d'une lentille de Fresnel dans le dispositif optique permet de réduire le poids de celui-ci, tout en assurant que les rayons constituant le faisceau lumineux projeté soient collimatés.

La disposition de la structure optique 403, ayant une fonction de diffraction, sur les échelons de la lentille de Fresnel peut être réalisé par l'usinage d'une lentille plan-convexe obtenue par exemple par une technique de moulage par injection. Une première opération d'usinage peut être réalisée pour retirer de la matière de la lentille plan-convexes et obtenir une lentille de Fresnel. Une lentille de Fresnel est obtenue à partir d'une lentille plan-convexe par exemple, en réalisant la découpe d'anneaux prismatiques au niveau de zones appelées zones de Fresnel, du côté du dioptre convexe. Une deuxième opération d'usinage peut être réalisée pour retirer de la matière sur les structures de Fresnel de sorte à y réaliser le motif de la structure optique diffractive. En pratique, la première opération et deuxième opération d'usinage sont réalisées à l'aide de deux équipements différents, notamment parce que les dimensions des échelons de Fresnel sont environ 1000 plus grands que les dimensions des éléments optiques minces de la structure optique diffractive. Le dispositif optique selon l'invention peut comprendre des éléments optiques 401 et des structures optiques 403 obtenues par procédé de moulage par injection suivi d'un usinage des pièces moulées. Cela facilite la disposition d'éléments optiques minces sur des surfaces non planes, ou non réglées.

Le dispositif optique de la FIG. 4 selon l'invention permet ainsi, par l'utilisation de la lentille de Fresnel, d'obtenir un faisceau collimaté en sortie du dispositif mais également de d'obtenir un faisceau sans chromatisme, grâce aux structures diffractives.

La FIG. 5 illustre un autre exemple de dispositif optique selon l'invention. Comme dans l'exemple de la FIG. 4, le dispositif optique comprend un élément optique, une lentille de Fresnel. Le dispositif comprend également deux structures optiques, placées chacune sur un dioptre de la lentille de Fresnel qui sert donc de surface (ou encore de support) à ces deux structures optiques. Une première structure optique est disposée sur le dioptre plan de la lentille de Fresnel et est une structure optique avec une fonction antireflet des rayons lumineux sur la lentille de Fresnel. Une deuxième structure optique est disposée sur le deuxième dioptre et est une structure optique diffractive.

Les structures optiques, pas uniquement celle de cet exemple, peuvent être disposées sur un film. Le film est une couche d'un matériau solide. Le film peut être un film plastique, ou encore en verre ultrafin flexible. Ce film peut être transparent ou opaque. Les éléments optiques minces peuvent être réalisés sur le film par un laminage, c'est-à-dire par déformation plastique du film, de préférence sur une face du film. Les éléments optiques minces constituant les structures optiques peuvent être en outre réalisées en utilisant un liquide polymérisant sur le film, le laminage permettant de mettre en forme le liquide polymérisant. Le liquide polymérisant polymérise sur le film sur lequel il a été disposé. De plus, liquide polymérisant peut durcir en prenant la forme d'un moule qui lui donne la forme et l'épaisseur de l'élément optique mince souhaité. En effet, comme le produit polymérisant est un liquide, il prend facilement la forme voulue, et s'adapte donc très bien aux processus de fabrication impliquant par exemple des rouleaux qui impriment une forme. De plus, les éléments optiques minces peuvent être réalisés sur le film selon un motif. Le film comprenant un des motifs discutés en référence à la FIG. 7 est posé sur l'un des dioptres d'un des éléments optiques du dispositif optique. Ainsi, le film est en contact avec un des dioptres d'un des éléments optiques du dispositif optique. Dans des exemples, le dispositif optique comprend plusieurs structures optiques disposées chacune sur un film distinct ; chaque film est disposé à son tour sur une dioptre des éléments optiques du dispositif optique.

On comprend qu'il est également possible qu'une superposition de plusieurs structures optiques soit disposée sur un film. Le dispositif optique peut ainsi intégrer un ou plusieurs films sur lesquels sont disposées des superpositions de structures optiques.

Un film peut être fixé sur la surface de la lentille de manière à assurer qu'il reste disposé sur une surface, par exemple un dioptre d'une lentille. La fixation du film sur un dioptre d'un élément optique peut être réalisée à l'aide d'un matériau fixateur tel qu'une colle qui présente l'avantage d'éviter les pertes de lumière. Le film peut être un film autocollant. Le film peut être disposé sur une surface plane, comme un dioptre plan, ou une surface réglée, comme un dioptre concave par exemple. Le film peut également être maintenu tendu à l'aide d'une bague. Une bague est une pièce annulaire assurant le maintien du film tendu. Le film est alors disposé de sorte qu'une partie des rayons ou tous les rayons traversant les éléments optiques traversent également la structure optique disposée sur le film. L'utilisation de film dans le dispositif optique permet avantageusement de réduire le poids ainsi que l'encombrement d du dispositif optique selon l'invention.

Dans l'exemple de la FIG. 5, une structure optique antireflet 502 est disposé sur un film qui est lui-même disposé sur le dioptre plan de la lentille de Fresnel 501. On observe qu'une partie du dioptre de la lentille de Fresnel sur lequel la structure diffractive est disposée est dépourvue de structure diffractive. La zone 504 est une zone circulaire, centrale, proche de l'axe optique de la lentille de Fresnel. Cette zone 504, correspondant à la zone de Fresnel centrale, ne nécessite pas de correction pour le phénomène de dispersion, celui-ci étant faible pour les rayons incidents dans cette zone et donc non détectable à l'œil nu. Cette disposition permet d'augmenter l'intensité du faisceau lumineux en sortie du dispositif optique. Ainsi, le faisceau lumineux projeté par le dispositif optique n'affiche pas de chromatisme, la transition du feu de croisement est progressive et le faisceau est collimaté.

Toujours dans l'exemple de la FIG. 5, la fonction de collimateur est assurée par la lentille de Fresnel. Dans un autre exemple, la fonction de collimateur peut être par une structure optique selon l'invention. Ainsi, il est possible de remplacer la lentille de Fresnel par une lentille mince classique, et de disposer deux structures optiques superposées sur une première surface, un des dioptres de la lentille, et de disposer une troisième structure optique sur une deuxième surface, le deuxième dioptre de la lentille.

Le dispositif optique selon l'invention peut être utilisé (c'est-à-dire intégré) avec un module lumineux. Un module lumineux peut être par exemple utilisé comme feu de croisement, feu de route ou feu de brouillard. Un module lumineux peut intégrer un ou plusieurs dispositifs optiques, et les dispositifs optiques ingérés peuvent être identiques ou bien encore différents. On entend par l'utilisation de dispositifs optiques différents par exemple l'utilisation de dispositifs optiques différents pour le feu de croisement et le feu de route d'un module lumineux. En effet, dans le cas du feu de croisement l'utilisation d'une structure optique ayant une fonction de diffraction est conseillée car le chromatisme le plus gênant est celui visible au niveau de la ligne de coupure. Cette structure ayant une fonction de diffraction n'est pas indispensable pour un feu de route qui est dépourvu de ligne de coupure. Un module lumineux est typiquement intégré dans un projecteur pour véhicule automobile.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif optique, notamment pour véhicule automobile, comprenant :

- un ou plusieurs éléments optiques ;

- deux ou plus structures optiques réalisant chacune une fonction optique et étant disposées sur une ou plusieurs surfaces ;

dans lequel lesdites deux ou plusieurs structures optiques sont configurées pour modifier la direction de propagation de rayons lumineux qui passent à travers lesdits un ou plusieurs éléments optiques, la modification de la direction de propagation des rayons lumineux étant créée par une variation de la somme des épaisseurs desdites deux ou plus structures optiques, la somme des épaisseurs étant inférieure ou égale un millimètre.
2. Dispositif optique selon la revendication 1, dans lequel une fonction optique réalisée par une structure optique est sélectionnée parmi :

- une fonction de collimation des rayons lumineux ;

- une fonction de floutage des rayons lumineux ;

- une fonction antireflet des rayons lumineux sur lesdits un ou plusieurs éléments optiques ;

- une fonction de diffraction des rayons lumineux.
3. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel au moins un desdits un ou plusieurs éléments optiques est sélectionné parmi :

- une lentille ;

- une lentille de Fresnel ;

- une plaque de verre.
4. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une des surfaces est un dioptre d'un desdits un ou plusieurs éléments optiques.
5. Dispositif optique selon la revendication 4, dans lequel le dioptre est un dioptre plan.
6. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel au moins un desdits un ou plusieurs éléments optiques et au moins une des structures optiques sont obtenus par un procédé de moulage par injection.
7. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel au moins une des deux ou plus structures optiques est disposée sur un film, le film étant en contact sur au moins une ou plusieurs surfaces.
8. Dispositif optique selon la revendication 7, dans lequel ladite au moins une des structures optiques disposée sur le film est constituée d'un liquide ayant polymérisé sur le film.
9. Dispositif optique selon l'une des revendications 7 à 8, dans lequel le film est maintenu tendu à l'aide d'une bague.
10. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'épaisseur d'une structure optique correspond, pour un point donné de la surface sur laquelle est déposée la structure optique, à une hauteur de la structure optique selon la normale à la surface en ce point donné.
11. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les surfaces sont des surfaces réglées.
12. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel deux structures optiques sont disposées sur une première surface et une troisième structure optique est disposée sur une deuxième surface.
13. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel lesdites deux ou plus structures optiques sont disposées sur lesdites une ou plusieurs surfaces de sorte que tout rayon lumineux qui passe à travers lesdits un ou plusieurs éléments optiques a sa direction de propagation modifiée par chaque fonction optique.
14. Module lumineux comprenant au moins une source lumineuse et au moins un dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 13.
15. Dispositif lumineux comprenant un module lumineux selon la revendication 14.

1/5