FR3074258A1 - Dispositif d’eclairage a masque a ouvertures eclairees par des faisceaux de lumiere associes. - Google Patents
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Abstract
Un dispositif d'éclairage (DE) équipe un véhicule et comprend un masque (MD) muni de M ouvertures (O1 à O3), avec M ≥ 2, et au moins M sources de photons (S1 à S3) émettant des photons vers ces ouvertures (O1 à O3). Ces sources de photons (S1 à S3) appartiennent à M ensembles associés respectivement aux M ouvertures (O1 à O3). Le dispositif d'éclairage (DE) comprend également M moyens optiques (MO1 à MO3) associés respectivement aux M ensembles et aux M ouvertures (O1 à O3), placés respectivement devant les M ensembles, et agissant chacun sur les photons générés par l'ensemble associé pour qu'ils se dirigent vers l'ouverture associée.
Description
L’invention concerne les dispositifs d’éclairage qui comprennent un masque muni d’ouvertures éclairées par des sources de photons.
On entend ici par « dispositif d’éclairage >> un dispositif lumineux pouvant assurer au moins une fonction photométrique d’éclairage, de signalisation ou de décoration. On notera qu’un tel dispositif d’éclairage peut éventuellement être logé dans une cavité délimitée par un boîtier d’un bloc optique de véhicule, comme par exemple un feu arrière ou avant ou un phare ou projecteur avant.
Certains dispositifs d’éclairage, éventuellement de véhicule, comprennent un masque muni de M ouvertures, avec M > 2, et au moins M sources de photons émettant des photons vers ces ouvertures. Lorsque l’on désire que toutes les ouvertures soient éclairées de façon homogène sur l’intégralité de leur surface sans que les sources de photons ne soient visibles, ces dernières doivent être situées à une distance suffisamment éloignée des ouvertures pour que les faisceaux de lumière divergents (générés par chaque source de photons) présentent chacun au niveau de ces dernières une largeur supérieure à la largeur de ces ouvertures, et ces faisceaux de lumière doivent se recouvrir au niveau des ouvertures afin que l’intensité lumineuse soit sensiblement constante au niveau de ces dernières.
Cette double contrainte induit deux inconvénients. En effet, elle rend le dispositif d’éclairage assez encombrant du fait de l’espacement important nécessaire entre ses ouvertures et ses sources de photons. De plus, elle induit un rendement d’éclairage des ouvertures qui est d’autant plus mauvais que la distance séparant les ouvertures est grande et que la largeur des ouvertures est petite, en raison de l’interception d’une partie des photons par les portions pleines du masque situées entre les ouvertures. Ce second inconvénient impose que l’on utilise des sources de photons très puissantes pour obtenir une intensité d’éclairement suffisante au niveau des ouvertures, ce qui augmente notablement le coût du dispositif d’éclairage et sa consommation.
L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.
Elle propose notamment à cet effet un dispositif d’éclairage comprenant un masque muni de M ouvertures, avec M > 2, et au moins M sources de photons émettant des photons vers ces ouvertures.
Ce dispositif d’éclairage se caractérise par le fait :
- que ses sources de photons appartiennent à M ensembles associés respectivement aux M ouvertures, et
- qu’il comprend M moyens optiques associés respectivement aux M ensembles et aux M ouvertures, placés respectivement devant les M ensembles, et agissant chacun sur les photons générés par l’ensemble associé pour qu’ils se dirigent vers l’ouverture associée.
Grâce à l’invention, la quasi-totalité des photons générés par les sources de photons d’un ensemble parviennent au niveau de l’ouverture associée, ce qui permet d’obtenir un rendement d’éclairage des ouvertures très élevé.
Le dispositif d’éclairage selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- chacun des moyens optiques peut agir sur les photons générés par l’ensemble associé suivant une première direction parallèle à un premier côté de l’ouverture associée, pour qu’ils se dirigent vers cette dernière dans un faisceau ayant une extension suivant cette première direction qui est égale à l’extension du premier côté de cette ouverture associée ;
> chacun des moyens optiques peut ne pas agir sur les photons générés par l’ensemble associé suivant une deuxième direction perpendiculaire à la première direction et parallèle à la projection dans un plan vertical d’un second côté de l’ouverture associée, pour que le faisceau diverge suivant cette deuxième direction ;
- les moyens optiques peuvent faire partie d’une première pièce monobloc ;
- chacun des moyens optiques peut constituer un collimateur suivant au moins une première direction parallèle à un premier côté de l’ouverture associée ;
- il peut comprendre une seconde pièce monobloc, placée à proximité du masque en amont des ouvertures, et réalisée dans un matériau opalescent ou translucide ;
> la seconde pièce peut comprendre une face avant, orientée vers les ouvertures, et munie d’un traitement de surface et/ou de facettes et/ou d’éléments tridimensionnels induisant une diffusion de photons multidirectionnelle.
L’invention propose également un bloc optique destiné à équiper un véhicule et comprenant un boîtier délimitant une cavité logeant au moins un dispositif d’éclairage du type de celui présenté ci-avant.
L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un dispositif d’éclairage du type de celui présenté ci-avant et/ou au moins un bloc optique du type de celui présenté ciavant.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés (obtenus en CAO/DAO (« Conception Assistée par Ordinateur/Dessin Assisté par Ordinateur »), d’où le caractère apparemment discontinu de certaines lignes), sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, les principaux éléments constituants un exemple de réalisation d’un dispositif d’éclairage selon l’invention, avant assemblage et avant installation dans un bloc optique d’un véhicule,
- la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe dans un premier plan d1d3, le dispositif d’éclairage de la figure 1, une fois ses principaux éléments assemblés, et
- la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue en coupe dans un second plan d2d3 (perpendiculaire à d1d3), le dispositif d’éclairage de la figure 1, une fois ses principaux éléments assemblés.
L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif d’éclairage DE comprenant au moins un masque MD muni de M ouvertures Om (m = 1 à M), avec M > 2, au moins M sources de photons Sm émettant des photons vers ces ouvertures Om et M moyens optiques MOm.
Sur les figures 1 à 3, la première direction d1 est une direction dite transversale du fait qu’elle est parallèle à un premier côté transversal des ouvertures Om (qui correspond à leur largeur), la deuxième direction d2 est une direction dite verticale du fait qu’elle est parallèle à la projection dans un plan vertical d’un second côté (ici vertical) des ouvertures Om (qui correspond à leur hauteur), et la troisième direction d3 est une direction dite longitudinale du fait qu’elle est perpendiculaire aux première d1 et deuxième d2 directions.
Il est rappelé que l’on entend ici par « dispositif d’éclairage >> un dispositif lumineux pouvant assurer au moins une fonction photométrique d’éclairage, de signalisation ou de décoration au moyen d’au moins un masque muni d’ouvertures, de sources de photons et de moyens optiques.
On considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le dispositif d’éclairage DE est destiné à faire partie d’un véhicule de type automobile, comme par exemple une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à cette application. En effet, elle concerne tout véhicule (terrestre, maritime (ou fluvial), ou aérien), les installations, éventuellement de type industriel, les bâtiments, et les appareils électroniques, éventuellement de type électroménager.
Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le dispositif d’éclairage DE est destiné à faire partie d’un bloc optique de véhicule. Mais il pourrait lui-même constituer un bloc optique. Dans ce cas, il doit comprendre un boîtier délimitant une cavité logeant un masque, muni de M ouvertures (avec M > 2), au moins M sources de photons, et M moyens optiques MOm assurant ensemble au moins une fonction photométrique d’éclairage, de signalisation ou de décoration.
De plus, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le bloc optique est un feu arrière. Mais il pourrait également s’agir d’un projecteur (ou phare) avant ou d’un feu avant.
A titre d’exemple illustratif le dispositif d’éclairage DE peut assurer une fonction photométrique de type feu de stop.
Comme illustré sur les figures 1 à 3, un dispositif d’éclairage DE, selon l’invention, comprend au moins un masque MD muni de M ouvertures
Om (m = 1 à M), avec M > 2, au moins M sources de photons Sm, et M moyens optiques MOm.
Dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, le masque MD comprend trois ouvertures 01 à 03 (m = 1 à 3, M = 3). Mais le nombre M d’ouvertures Om peut prendre n’importe quelle valeur supérieure ou égale à deux (2).
Les sources de photons Sm appartiennent à M ensembles Em qui sont associés respectivement aux M ouvertures Om, comme cela apparaît sur la figure 1. En d’autres termes, les sources de photons Sm sont réparties dans M ensembles Em, et chaque ensemble Em comprend au moins une source de photons Sm.
Chaque source de photons Sm peut, par exemple, comprendre au moins une diode électroluminescente (ou LED) ou au moins une diode laser ou encore au moins une ampoule.
Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, chaque ensemble Em comprend cinq sources de photons Sm. Il y a donc ici quinze sources de photons Sm réparties équitablement dans les trois ensembles E1 à E3. Mais le nombre de sources de photons Sm de chaque ensemble Em peut prendre n’importe quelle valeur supérieure ou égale à un (1). Ce dernier nombre peut éventuellement varier d’un ensemble Em à un autre Em’ (avec m’ + m).
On notera également que dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, les sources de photons Sm sont installées sur une carte électronique CE avec des moyens de contrôle chargés de contrôler leur fonctionnement. Cette carte électronique CE peut, par exemple, être une carte à circuits imprimés de type PCB (« Printed Circuit Board >>). Mais les sources de photons Sm pourraient être installées sur un simple support.
Les M moyens optiques MOm sont associés respectivement aux M ensembles Em et aux M ouvertures Om. Comme illustré sur les figures 2 et 3, ils sont placés respectivement devant les M ensembles Em. De plus, chacun de ces M moyens optiques MOm agit sur les photons qui sont générés par l’ensemble Em qui lui est associé pour qu’ils se dirigent vers l’ouverture Om qui lui est associée. En d’autres termes, et comme illustré sur les figures 2 et
3, ici, le premier moyen optique MO1 agit sur les photons qui sont générés par le premier ensemble E1 associé pour qu’ils se dirigent vers la première ouverture 01 associée, le deuxième moyen optique MO2 agit sur les photons qui sont générés par le deuxième ensemble E2 associé pour qu’ils se dirigent vers la deuxième ouverture 02 associée, et le troisième moyen optique MO3 agit sur les photons qui sont générés par le troisième ensemble E3 associé pour qu’ils se dirigent vers la troisième ouverture 03 associée.
Ainsi, la quasi-totalité des photons qui sont générés par les sources de photons Sm d’un ensemble Em parviennent au niveau de l’ouverture Om associée, ce qui permet d’obtenir un rendement d’éclairage des ouvertures Om très élevé. Par conséquent, on n’a plus besoin d’utiliser des sources de photons Sm très puissantes pour obtenir une intensité d’éclairement suffisante au niveau des ouvertures Om, ce qui permet de réduire notablement le coût du dispositif d’éclairage DE et sa consommation.
Comme illustré sur la figure 2, chacun des moyens optiques MOm peut agir sur les photons générés par l’ensemble Em associé suivant la première direction d1 qui est parallèle à un premier côté de l’ouverture Om associée, pour qu’ils se dirigent vers cette dernière Om dans un faisceau F1 ayant une extension suivant cette première direction d1 qui est égale à l’extension du premier côté de cette ouverture Om associée. En d’autres termes, chaque moyen optique MOm est agencé de manière à produire avec les photons générés par l’ensemble Em associé un faisceau F1 ayant une largeur sensiblement égale à la largeur de l’ouverture Om associée.
On notera, comme illustré sur la figure 3, que chacun des moyens optiques MOm peut ne pas agir sur les photons générés par l’ensemble Em associé suivant la deuxième direction d2 (perpendiculaire à la première direction d1 et parallèle à la projection dans un plan vertical du second côté de l’ouverture Om associée), pour que le faisceau F1 diverge naturellement suivant cette deuxième direction d2.
Si un ensemble Em ne comprend qu’une seule source de photons Sm, la divergence naturelle suivant d2 du faisceau Fm, construit à partir des photons qu’elle génère, doit alors permettre d’éclairer l’intégralité de la hauteur de l’ouverture Om associée.
Si un ensemble Em comprend N sources de photons Sm (avec N > 2), la divergence naturelle suivant d2 des N faisceaux Fm, construits à partir des photons qu’elles génèrent, doit alors permettre d’éclairer l’intégralité de la hauteur de l’ouverture Om associée. En fait, comme illustré sur la figure 3, on obtient en sortie du moyen optique MOm N faisceaux Fm dont les contributions respectives éclairent l’intégralité de la hauteur de l’ouverture Om associée. Ces N faisceaux Fm constituent ensemble un faisceau global FGm qui éclaire donc l’intégralité de l’ouverture Om associée. De préférence, ces faisceaux Fm se recouvrent partiellement au niveau de l’ouverture Om associée afin que l’éclairement soit homogène sur l’intégralité de la surface de cette dernière (Om).
Par exemple, et comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, les moyens optiques MOm peuvent faire partie d’une première pièce P1 monobloc. Cette première pièce P1 peut, par exemple, être réalisée par moulage d’une matière telle que le polycarbonate (ou PC) ou le polyméthacrylate de méthyle (ou PMMA). Mais dans une variante de réalisation les moyens optiques MOm pourraient être des éléments indépendants les uns des autres, et éventuellement rapportés sur un même support.
Egalement par exemple, chacun des moyens optiques MOm peut constituer un collimateur suivant au moins la première direction d1. Dans ce cas, les photons sortant de chaque moyen optique MOm se propagent parallèlement à la troisième direction d3 en direction de l’ouverture Om associée. A cet effet, chaque moyen optique MOm peut, par exemple et comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, être agencé sous la forme d’une lentille convexe-plan. La face convexe d’un moyen optique MOm est alors celle qui est orientée vers les sources de photons Sm de l’ensemble Em associé, et la face plane de ce moyen optique MOm est celle qui est orientée vers l’ouverture Om associée. Mais chaque moyen optique MOm pourrait également et notamment être agencé sous la forme d’une lentille de Fresnel. D’une manière générale chaque moyen optique MOm peut se présenter sous toute(s) forme(s) permettant de rediriger/concentrer les photons suivant la troisième direction d3.
On notera, comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, qu’afin de collecter un maximum de photons générés par les sources de photons Sm d’un ensemble Em, la face convexe d’un moyen optique MOm peut être encadrée par deux protubérances PR orientées vers ces sources de photons Sm. Dans l’exemple illustré, ces protubérances PR s’étendent continûment sur toute la hauteur de la première pièce P1.
On notera également, comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, qu’afin d’éviter une éventuelle très faible divergence de chaque faisceau Fm en sortie d’un moyen optique MOm, la face plane de ce dernier (MOm) peut être définie en retrait (ou en profondeur) dans la première pièce P1. Cette face plane est alors en quelque sorte encadrée par deux parois se projetant vers l’ouverture Om associée.
On notera également, comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, que le dispositif d’éclairage DE peut également comprendre une seconde pièce P2 monobloc, placée à proximité du masque MD en amont des ouvertures Om et réalisée dans un matériau opalescent ou translucide. Ici, la seconde pièce P2 est placée contre le masque MD.
Par exemple, cette seconde pièce P2 peut comprendre une face avant, orientée vers les ouvertures Om, et munie d’un traitement de surface et/ou de facettes et/ou d’éléments tridimensionnels induisant une diffusion de photons multidirectionnelle. Le traitement de surface peut, par exemple, consister en un polissage ou grainage de la face avant de la seconde pièce P2. Les éléments tridimensionnels peuvent, par exemple, être des prismes, des dioptres, des stries ou rainures, des nervures ou des micro-plots.
On notera également que lorsque le dispositif d’éclairage DE constitue un bloc optique, il comporte en complément un boîtier et un éventuel écran translucide qui délimitent une cavité interne logeant le masque MD, les sources de photons Sm (et l’éventuelle carte électronique CE), les moyens optiques MOm, et l’éventuelle seconde pièce P2. Un tel boîtier peut alors être réalisé par moulage d’un matériau opaque et rigide, comme par exemple une matière plastique ou synthétique. L’éventuel écran translucide est placé devant (ou en aval de) la partie du masque MD comprenant les ouvertures Om, et peut être réalisé dans un matériau translucide, ayant une couleur adaptée à la fonction photométrique à assurer (par exemple rouge, orange, ou cristal), et rigide, comme par exemple une matière plastique ou synthétique. Dans ce cas, il peut être réalisé par moulage.
L’invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels :
- un éclairement très homogène au niveau de chaque ouverture,
- un rendement d’éclairement des ouvertures très élevé, typiquement au moins 95% comparé aux 10% à 15% obtenus avec les dispositifs d’éclairage de l’art antérieur (selon la largeur des ouvertures),
- une réduction des coûts malgré l’ajout des moyens optiques, car les sources de photons peuvent être quasiment dix fois moins puissantes que celles utilisées dans les dispositifs d’éclairage de l’art antérieur pour pallier les importantes pertes photométriques.
Claims (10)
1. Dispositif d’éclairage (DE) comprenant un masque (MD) muni de M ouvertures (Om), avec M > 2, et au moins M sources de photons (Sm) émettant des photons vers lesdites ouvertures (Om), caractérisé en ce que lesdites sources de photons (Sm) appartiennent à M ensembles (Em) associés respectivement auxdites M ouvertures (Om), et en ce qu’il comprend M moyens optiques (MOm) associés respectivement auxdits M ensembles (Em) et auxdites M ouvertures (Om), placés respectivement devant lesdits M ensembles (Em), et agissant chacun sur lesdits photons générés par l’ensemble (Em) associé pour qu’ils se dirigent vers l’ouverture (Om) associée.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits moyens optiques (MOm) agit sur lesdits photons générés par l’ensemble (Em) associé suivant une première direction parallèle à un premier côté de ladite ouverture (Om) associée, pour qu’ils se dirigent vers cette dernière (Om) dans un faisceau ayant une extension suivant ladite première direction égale à l’extension dudit premier côté de cette ouverture (Om) associée.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun desdits moyens optiques (MOm) n’agit pas sur lesdits photons générés par ledit ensemble (Em) associé suivant une deuxième direction perpendiculaire à ladite première direction et parallèle à la projection dans un plan vertical d’un second côté de ladite ouverture (Om) associée, pour que ledit faisceau diverge suivant ladite deuxième direction.
4. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens optiques (MOm) font partie d’une première pièce (P1) monobloc.
5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chacun desdits moyens optiques (MOm) constitue un collimateur suivant au moins une première direction parallèle à un premier côté de ladite ouverture (Om) associée.
6. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend une seconde pièce (P2) monobloc, placée à proximité dudit masque (MD) en amont desdites ouvertures (Om), et réalisée dans un matériau opalescent ou translucide.
5
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite seconde pièce (P2) comprend une face avant, orientée vers lesdites ouvertures (Om) et munie d’un traitement de surface et/ou de facettes et/ou d’éléments tridimensionnels induisant une diffusion de photons multidirectionnelle.
îo
8. Bloc optique pour un véhicule, ledit bloc optique comprenant un boîtier délimitant une cavité, caractérisé en ce que ladite cavité loge au moins un dispositif d’éclairage (DE) selon l’une des revendications précédentes.
9. Véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif d’éclairage (DE) selon l’une des revendications 1 à 7 et/ou au moins un bloc
15 optique selon la revendication 8.
10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.
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| DE10124539A1 (de) * | 2001-05-19 | 2002-11-21 | Reitter & Schefenacker Gmbh | Heckleuchte für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge |
| US20060104077A1 (en) * | 2004-11-15 | 2006-05-18 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Vehicular lamp |
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