FR3077364A1 - Piece de vehicule a surface generatrice de caustique controlee formant un motif a partir des rayons solaires - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à une pièce de véhicule, formant une pièce collectrice (10) de rayons solaires et présentant une surface génératrice (12) de caustique contrôlée de manière à former un motif à partir des rayons solaires (r) et à le propager sur un intervalle utile, la pièce collectrice étant agencée de manière à ce qu'une fois montée dans le véhicule, le motif propagé soit projeté sur une surface cible (19) située dans l'intervalle utile. Dispositif lumineux de véhicule, rétroviseur et véhicule comprenant une telle pièce collectrice.
Description
PIECE DE VEHICULE A SURFACE GENERATRICE DE CAUSTIQUE CONTROLEE FORMANT UN MOTIF A PARTIR DES RAYONS SOLAIRES
La présente invention se rapporte au domaine automobile, notamment de la formation de motifs lumineux sur une surface.
Le document WO2016184721A1 divulgue des dispositifs lumineux de véhicule comprenant des sources lumineuses coopérant avec deux plaques de matériau transparent, de manière à former des motifs sur une surface du véhicule ou sur la route. Ces plaques de matériau transparent comprennent des dioptres avant et arrière présentent chacun une surface formant une matrice de lentilles optiques. Entre les deux plaques, un cache est disposé. Le cache et les lentilles optiques de chaque matrice sont plaqués ensemble et agencés de manière à former ensemble un motif lumineux donné.
Cependant une telle conception est complexe.
Le problème technique que vise à résoudre l’invention est donc de simplifier un dispositif lumineux de véhicule permettant de réaliser des motifs lumineux, notamment pour les projeter sur une surface.
Pour résoudre ce problème, la demanderesse a eu l’idée d’utiliser des caustiques.
Les caustiques sont un phénomène optique connu depuis longtemps. Elles sont par exemple observables au fond d’une piscine éclairée par le soleil. Elles y forment des motifs fluctuant formant globalement un maillage de lignes de lumière plus concentrées et donc plus lumineuses, avec entre les mailles des zones plus sombres. Ces lignes et zones sombres sont dues aux différentes fluctuations de la surface de l’eau. Ces fluctuations forment localement des variations d’orientation autour de la forme globalement plane de la surface de l’eau. Ainsi, en fonction des variations locales rencontrées, les rayons vont être déviés différemment, certains se rapprochant et formant les lignes plus concentrées et donc plus lumineuses, et d’autres s’écartant et formant les zones sombres. Le maillage varie en fonction de l’agitation de la surface.
Depuis quelques années, des chercheurs se sont intéressés à des méthodes pour utiliser ce phénomène sur des surfaces fixes présentant des variations locales, de manière à générer des caustiques complexes de forme contrôlée. Notamment, ils ont développé différentes méthodes pour calculer des surfaces réfractrices formées d’un matériau transparent avec une distribution et un agencement de variations locales, de manière à ce que, lorsque ces surfaces réfractrices sont éclairées, celles-ci permettent, à partir d’une source de lumière donnée, de former un motif sur un écran.
Dans certains travaux, ce motif, dit motif cible, correspond physiquement à une image distordue du motif que forme en relief les variations locales, dit motif objet.
La demanderesse c’est aperçu que de telles surfaces pouvaient être utilisées dans des dispositifs lumineux de véhicule.
Par ailleurs, la demanderesse s’est également aperçu qu’elle pouvait utiliser dans cette démarche la lumière émise par le soleil pour former ces motifs.
Ainsi, l’invention se rapporte à des pièces de véhicule, dans lesquelles une surface génératrice de caustique contrôlée dévie les rayons lumineux solaires, cette surface génératrice présentant des variations locales agencées de manière à former un motif déterminé sur une surface donnée.
A cet effet, un premier objet de l’invention est une pièce collectrice formée par une pièce de véhicule destinée à être exposée aux rayons solaires une fois montée dans un véhicule, la pièce collectrice présentant une surface génératrice de caustique contrôlée, cette surface génératrice étant une surface réfléchissante ou réfractrice s’étendant selon une forme globale donnée et présentant des variations locales de forme autour de cette forme globale donnée, ces variations locales étant réparties sur l’ensemble de ladite surface génératrice de sorte qu’elles confèrent à l’ensemble de la surface génératrice un relief formant un motif objet, ces différentes variations locales étant agencées de manière à ce que la majorité de ladite surface génératrice soit lisse et de manière à ce que pour un faisceau de rayons lumineux incidents sur l’ensemble de cette dite surface génératrice, ces rayons incidents étant sensiblement parallèles entre eux, notamment divergents d’environ 0,5°, ladite surface génératrice dévie ces rayons incidents selon des orientations différentes en fonction des variations locales qu’ils rencontrent, formant ainsi un faisceau dévié propageant un motif propagé identifiable sur un intervalle utile s’étendant en amont de et au moins jusqu’à une distance optimale de propagation donnée finie, ce motif propagé correspondant à une forme distordue du motif objet.
La pièce collectrice est agencée de manière à ce qu’une fois assemblée au véhicule, les rayons incidents soient les rayons solaires et le motif propagé soit projeté sur une surface cible située à une distance située à l’intérieur de l’intervalle utile et/ou sensiblement égale à la distance optimale, de manière à former un motif cible.
Par « identifiable », on entend que l’on reconnaît le motif propagé comme celui qui serait observé à la distance optimale.
Le résultat le meilleur est observé lorsque la surface cible est située à une distance sensiblement égale à cette dite distance optimale.
Dans la demande, on entend par « lisse » une zone dérivable en tout point, autrement dit une zone dépourvue d’arête saillante ou rentrante. Une portion est lisse lorsque l’ensemble des points formant celle-ci obéit à cette définition.
La pièce collectrice permet la réalisation de systèmes permettant la génération d’un motif lumineux de manière simple. En effet, il n’est pas nécessaire d’avoir une source lumineuse puisque la lumière du soleil est directement utilisée pour réaliser un tel motif. De plus, l’élément optique suffit en lui-même à modifier la trajectoire des rayons lumineux solaire pour en faire un motif.
Par ailleurs, le motif est propagé sur une distance donnée finie, à savoir à l’intérieur d’un intervalle utile s’étendant en amont et jusqu’à une distance où la netteté est optimale, à savoir la distance optimale de propagation. Cela permet une certaine liberté sur la distance entre l’élément optique et la surface cible. La pièce collectrice est plus simple à assembler au véhicule. Cette distance optimale de propagation, dite ci-après distance optimale, est la distance à laquelle la majorité des rayons déviés et formant le motif cible se croisent et donc à laquelle ce motif a la meilleure netteté. La surface génératrice peut ainsi être conçue aisément par rapport à cette définition.
La pièce collectrice selon l’invention peut optionnellement comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
la surface génératrice comprend au moins une portion lisse dont la surface représente la majorité de la surface génératrice, le passage d’une variation locale à l’autre étant lisse à l’intérieur de cette portion lisse ;
la majorité de la surface génératrice est agencée de manière à ce que chaque variation locale dévie lesdits rayons incidents de manière à former une et une seule portion du motif cible qui soit distincte des portions du motif cible formées par les autres variations locales, et pour la majorité du motif cible, chaque potion du motif cible reçoit des rayons d’une et d’une seule variation locale ; on a ainsi, pour cette majorité de la surface génératrice et cette majorité du motif cible, une relation bijective entre chaque portion lisse du motif objet et chaque potion du motif cible sans discontinuité marquée de luminosité ; cela simplifie le calcul et donc la réalisation de la surface génératrice ;
toute la surface génératrice est lisse, le passage d’une variation locale à l’autre étant lisse ; de plus, cela permet de moins déformer les éléments visibles en arrière de la pièce collectrice ; il est ainsi possible soit de distinguer ces éléments au travers de la pièce collectrice, lorsque la pièce collectrice est une pièce transparente réfractant les rayons solaires, soit en observant l’image de ces éléments sur la pièce collectrice, lorsque cette dernière est réfléchissante ; cela permet ainsi de travailler le style de ces éléments ;
la totalité de la surface génératrice est agencée de manière à ce que chaque variation locale dévie lesdits rayons incidents de manière à former une et une seule portion du motif cible qui soit distincte des portions du motif cible formées par les autres variations locales, et pour tout le motif cible, chaque potion du motif cible reçoit les rayons d’une et d’une seule variation locale ; on a ainsi une relation bijective entre la totalité du motif objet et chaque potion du motif cible sans discontinuité marquée de luminosité ; cela simplifie le calcul et donc la réalisation de la surface génératrice ;
le passage entre certaines variations locales est délimité par une arête ; un tel passage crée une discontinuité dans les variations de pente sur la surface génératrice ; cela permet de créer des zones très sombres voire noires et des zones très lumineuses et étroites, tel qu’une écriture nette ;
les variations locales sont agencées de manières à ce que les rayons du faisceau dévié ne se croisent pas jusqu’à ladite distance optimale ; ainsi le motif cible reste net sur une surface cible positionnée en amont de ou à la distance optimale ;
selon l’alinéa précédent, il peut exister également une distance minimale en dessous de laquelle le motif n’est pas formé ; dans ce cas, le motif est net dans un intervalle, correspondant à l’intervalle utile, allant de cette distance minimale à la distance optimale ; par exemple, cet intervalle représente plus de la moitié de la distance optimale ;
les variations locales présentent une tangente à la forme globale donnée formant un angle compris entre -60 et 60 degrés, notamment entre -30 et 30 degrés ; cela permet d’avoir une bonne transmission des rayons lumineux ;
selon une direction globale de propagation du faisceau, la portion de la pièce collectrice comprenant la surface génératrice est circonscrite dans un rectangle, dont un côté s’étendant selon une direction parallèle à cette direction de propagation est au moins quatre fois supérieur, notamment six fois supérieur à celui de l’amplitude de chaque variation locale par rapport à la forme globale donnée au niveau de cette variation locale ;
la pièce collectrice est agencée de manière à ce qu’une fois montée dans le véhicule la surface cible soit la route ou un élément du véhicule ; cela permet de réaliser des motifs décoratifs ou informatifs de jour, sans utiliser de source lumineuses alimentées par la batterie du véhicule ;
la pièce collectrice est une glace de fermeture d’un boîtier d’un dispositif lumineux de véhicule, la surface génératrice étant formée en surface d’au moins une portion de la glace de fermeture ; cela permet de former le faisceau dévié par réfraction des rayons solaires ; cela permet ainsi de propager le motif cible à l’extérieur du véhicule ou sur une surface du dispositif lumineux, cela sans ajout d’une nouvelle pièce ; par exemple le dispositif lumineux peut être agencé de manière à ce qu’une fois monté sur le véhicule, la distance entre la surface génératrice et la route selon la direction de propagation du motif cible, soit à l’intérieur de l’intervalle utile, selon une orientation donnée du véhicule ; cela permet ainsi de projeter le motif lumineux sur la route ; un avantage de cette pièce collectrice est que la netteté du motif formé est peu dépendante de l’angle d’incidence des rayons ; par exemple lors des variations de l’orientation de l’assiette du véhicule, en montée, en descente, en cas de freinage ou en cas d’accélération, les variations de l’angle d’incidence des rayons solaires sur la pièce collectrice ne sont pas suffisantes pour déformer significativement le motif cible, qui reste net et identifiable ;
la pièce collectrice est un masque d’un dispositif lumineux de véhicule dont au moins une portion réfléchissante est formée par la surface génératrice ; autrement dit la surface génératrice est réfléchissante ; on peut ainsi conférer une autre fonction au masque, que celle de masquer certaines pièces du dispositif lumineux ;
la pièce collectrice est un vitrage d’un habitacle d’un véhicule, la surface génératrice étant formée en surface d’au moins une portion du vitrage ; cela permet ainsi de former par réfraction le motif cible sur une surface intérieure de l’habitacle, une fois le vitrage monté sur le véhicule ; cela permet notamment de créer un motif d’ambiance, d’afficher un logo ;
le vitrage peut notamment être choisi parmi un toit panoramique, un parebrise, une lunette arrière, une vitre latérale ;
la pièce collectrice est une pièce de rétroviseur ; cela peut être une coque transparente ou réfléchissante, notamment pour former un motif au sol une fois la pièce collectrice assemblée avec le rétroviseur ;
la pièce collectrice est en un matériau transparent et est agencée de manière à former le faisceau dévié par réfraction des rayons émis par le générateur de faisceau ; cela permet un agencement simple et un calcul simple de la surface génératrice ;
selon l’alinéa précédent, la pièce collectrice comprend une face d’entrée desdits rayons agencée en vis-à-vis du générateur de faisceau et une face de sortie de ces rayons agencée à l’opposé de ladite face d’entrée, la surface génératrice étant formée sur la face d’entrée ou sur la face de sortie ;
selon l’alinéa précédent, l’élément optique comprend deux surfaces génératrices, une première surface génératrice étant formée sur la face d’entrée et une deuxième surface génératrice étant formée sur la face de sortie, ces deux surfaces génératrices étant agencées ensemble de manière à former le motif cible et à assurer sa propagation sur la distance optimale ; cela permet de laisser plus de liberté dans les pentes à conférer aux variation locales ; de plus cela peut également permettre d’obtenir un meilleur contraste, ou bien d’augmenter la profondeur de champ, voire tendre vers une profondeur de champ infinie.
L’invention a également pour objet un dispositif lumineux de véhicule comprenant une pièce collectrice selon l’invention.
Le dispositif lumineux de véhicule selon l’invention peut par exemple être :
- un dispositif d’éclairage de la route, notamment un projecteur avant, notamment émettant un feu de croisement et/ou un feu longue portée, ou encore un projecteur antibrouillard ;
- un dispositif de signalisation, notamment un feu arrière de position, un feu de position diurne (ou DRL, pour « Day Running Light ») un indicateur de direction, un feu stop, un feu stop surélevé, un feu arrière antibrouillard, un feu de recul ;
- un dispositif d’éclairage de l’intérieur du véhicule, notamment un plafonnier ou une applique latérale.
Le dispositif lumineux selon l’invention peut optionnellement comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
la pièce collectrice est agencée de manière à former le motif cible sur une paroi cible du dispositif lumineux, cette paroi cible étant visible depuis l’extérieur de ce dernier, de manière à ce que le motif cible soit distinct de l’aspect du dispositif lumineux lorsqu’il est éclairé de nuit ; cela permet ainsi de réaliser une signature lumineuse de jour et une signature lumineuse de nuit, sans source lumineuse dédié à la signature lumineuse de jour ;
le dispositif lumineux est un dispositif de signalisation et dans ce dispositif:
o la pièce collectrice est en matériau transparent, o ensemble émetteur comprenant au moins une source lumineuse, o la paroi cible est un écran diffusant agencé entre la pièce collectrice et l’ensemble émetteur de manière à dévier les rayons lumineux émis par l’ensemble émetteur de telle sorte que ces rayons-ci forment un faisceau lumineux de signalisation émis en direction et au travers de la pièce collectrice, la distance entre l’écran diffusant et la surface génératrice étant comprise à l’intérieur de l’intervalle utile ;
cela permet de réaliser un signal de nuit dont la photométrie est formée par la coopération de la source lumineuse et de l’écran diffusant ; le faisceau de signalisation étant formé par les rayons diffusés selon différentes orientations par l’écran, ce faisceau de signalisation ne sera que peu, voire pas déformé par la surface génératrice ; en revanche, le soleil émettant des rayons selon une répartition sensiblement parallèle, ces rayons après déviation par la surface génératrice forment le motif sur l’écran diffusant, permettant ainsi de réaliser une signature de jour différente de la signature de nuit réalisée par l’écran et la ou les sources lumineuses de l’ensemble émetteur;
l’écran translucide diffusant peut être un écran grainé ou muni d’un billage ;
le feu de signalisation comprend un boîtier fermé par une glace de fermeture, l’écran translucide diffusant étant formé par la glace de fermeture du boîtier du feu de signalisation.
L’invention a également pour objet un rétroviseur de véhicule comprenant une pièce collectrice selon l’invention.
L’invention a également pour objet un véhicule comprenant :
- une pièce collectrice selon l’invention, et/ou
- un dispositif lumineux selon l’invention, notamment connecté à l’alimentation électrique du véhicule, ou
- un rétroviseur selon l’invention.
Les termes « amont » et « aval » se réfèrent par rapport au sens de propagation des rayons lumineux dans le dispositif lumineux et à l’extérieur de celuici.
Sauf indication contraire, les termes « avant », « arrière », « inférieur », « supérieur », « côté », « transversal » se réfèrent au sens d’émission de lumière hors du dispositif lumineux correspondant.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des exemples non limitatifs qui suivent, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 est un schéma de principe d’une pièce collectrice selon l’invention et de la surface cible ;
la figure 2 est une vue agrandie d’une portion de la figure 1 ;
la figure 3 représente schématiquement la propagation d’un motif cible, le motif cible étant formé par une pièce collectrice selon l’invention ;
la figure 4 représente schématiquement un motif cible formé par une pièce collectrice selon l’invention ;
la figure 5 représente schématiquement le motif objet de la surface génératrice permettant de générer le motif cible de la figure 4 ;
les figures 6a à 6f schématisent les différentes étapes de calcul de la surface génératrice d’une pièce collectrice selon l’invention ;
la figure 7 représente une variante de pièce collectrice selon l’invention
J la figure 8 représente une variante de pièce collectrice selon l’invention;
la figure 9 illustre un véhicule comprenant un premier exemple de pièce collectrice selon l’invention ;
la figure 10 illustre un dispositif lumineux comprenant un deuxième exemple de pièce collectrice selon l’invention ;
la figure 11 illustre un véhicule comprenant un troisième exemple de pièce collectrice selon l’invention.
Les figures 1 et 2 illustrent le principe général d’une pièce collectrice 10 selon l’invention, dans le cas d’une pièce collectrice transparente fonctionnant par réfraction.
La figure 8 illustre une variante, dans laquelle la pièce collectrice 10’ fonctionne par réflexion.
Selon l’invention, la pièce collectrice 10, 10’ présente une surface génératrice 12, 12’ de caustique contrôlée. Cette surface génératrice 12, 12’ peut être une surface réfléchissante, comme illustré en figure 8, ou une surface réfractrice, comme illustré en figures 1 et 2.
La pièce collectrice 10, 10’ est destinée à collecter les rayons solaires r, émis par le soleil, une fois montée dans un véhicule, de manière à dévier ces rayons solaires r, de manière à former avec ces derniers un motif cible, tel que le motif 16 illustré en figure 4, sur une surface cible. Cette surface cible peut être interne ou externe au véhicule.
La surface génératrice 12 s’étend selon une forme globale donnée 13, 13’ représentée par la ligne verticale en pointillés en figures 1 et 2 et par le cadre en pointillés en figure 10.
Plus particulièrement, dans le mode de réalisation de la figure 1, la pièce collectrice 10 est une plaque transparente présentant une face d’entrée 11 et une face de sortie. La face d’entrée 11 est destinée à être tournée vers l’extérieur du véhicule, de manière à pouvoir recevoir les rayons solaires r. La face de sortie est agencée de manière à recevoir les rayons r réfractés par la face d’entrée 11.
Comme dans l’exemple illustré, la face de sortie peut-être formée, notamment entièrement, par la surface génératrice 12.
D’une manière générale, la surface génératrice 12 présente des variations locales de forme autour de la forme globale donnée 13. Ces variations locales sont réparties sur l’ensemble de la surface génératrice 12, de sorte qu’elles confèrent à l’ensemble de la surface génératrice 12 un relief formant un motif objet 15, tel qu’illustré en figure 5.
Par exemple, comme illustré en figures 1 et 2, ces variations locales forment des creux et des bosses sur la face de sortie de la pièce collectrice 10.
D’une manière générale, ces différentes variations locales sont agencées de manière à ce que la majorité de ladite surface génératrice 12 soit lisse. Ainsi pour la majorité de la surface génératrice 12, cette surface est dérivable en tout point. Autrement dit, sur les zones lisses, elle est dépourvue d’arête saillante ou rentrante.
D’une manière générale, ces différentes variations locales sont agencées de manière à ce que pour les rayons solaires r incidents sur l’ensemble de cette dite surface génératrice 12, ces rayons solaires r ayant une répartition donnée connue, c’est-à-dire des rayons sensiblement parallèles entre eux, la surface génératrice 12 dévie les rayons solaires r selon des orientations différentes en fonction des variations locales qu’ils rencontrent, formant ainsi un faisceau dévié propageant un motif lumineux sur une distance de propagation donnée finie, ce motif propagé correspondant à une projection distordue du motif objet.
Cette surface génératrice 12, avec ses variations locales, correspond à une surface génératrice de caustique contrôlée.
En effet, ces variations locales créent des convergences et des divergences locales des rayons. Comme ces variations sont locales, une majorité de rayons s’écartent ou se rapprochent sans se croiser avant une certaine distance. Ainsi, de la même manière que la surface d’une piscine traversée par les rayons du soleil crée un motif lumineux se propageant et se projetant sur le fond d’une piscine, la surface génératrice 12 crée un motif lumineux qui se propage, le motif propagé, et se projette sur la surface cible.
Dans le cas d’une piscine, ce motif se propage en général sur une distance de 3 mètres. Le motif propagé est donc observable en se projetant sur le fond de la piscine, que le fond soit à 1,5 m ou à 2 m. Ce fond forme donc l’écran sur lequel est observable la caustique formant le motif cible.
Dans le cas d’une surface génératrice de caustique contrôlé, comme selon l’invention, en fonction des variations locales le motif lumineux se propage sur une distance donnée. Cette distance donnée est la distance optimale Dp, illustrée en figure 3. Au-delà de cette distance optimale Dp, les rayons du faisceau dévié se croisent.
Dans le cadre de l’invention, la distance optimale Dp est finie. Si l’on interpose un écran à une distance intermédiaire Di ou à une autre distance intermédiaire D2, qui sont inférieures à la distance optimale Dp, on observera le même motif plus ou moins distordu.
A noter que cette distance optimale Dp est celle à laquelle le motif va avoir la meilleure netteté. La surface génératrice peut ainsi être conçue par rapport à cette définition.
Il peut exister également une distance minimale Do en dessous de laquelle le motif n’est pas formé. Cette distance minimale Do est en général assez faible. Cette distance minimale Do peut être de quelques centimètres voire de quelques millimètres selon les applications, par exemple dans un dispositif lumineux d’automobile. Dans ce dernier cas, elle peut être inférieure à 1 centimètre (cm).
Egalement, le motif n’est pas perdu dès que les rayons se croisent mais après, à une distance maximale (non représentée) supérieure. Il est cependant plus aisé de concevoir la surface génératrice par rapport à la distance de croisement des rayons, qui se définit plus précisément que la distance à laquelle on considère que le motif est perdu. Dans la présente demande, cette distance de croisement des rayons est donc appelée distance optimale de propagation ou distance optimale.
Autrement dit, on peut définir un intervalle utile avec une portion aval, allant de la distance optimale Dp à cette distance maximale, et une portion amont, allant de la distance minimale Do à la distance optimale Dp. Le motif observable à la distance optimale Dp si l’on y place un écran est identifiable reste identifiable à l’intérieur de ces intervalles amont et aval.
D’une manière générale dans l’invention, la portion aval de cet intervalle utile peut être d’une valeur différente de celle de la portion amont. Notamment, elle peut lui être inférieure de plus de la moitié.
Par exemple, dans un projecteur avec une portion diffusante de glace de fermeture, avec une distance optimale Dp de 20 cm, une distance minimale Do de 1 cm, la valeur de la portion amont serait de 19 cm, et celle de la portion aval pourrait être inférieur à 9,5 cm.
En particulier, la surface cible forme l’écran sur lequel est projeté le motif cible. Cette surface cible est visible depuis l’extérieur ou l’intérieur du véhicule et est située à l’intérieur de l’intervalle utile. La surface cible peut être aux environ de ou à la distance optimale Dp, ce qui améliore la netteté.
D’une manière générale, pour fabriquer la surface génératrice 12, celle-ci est notamment calculée en tenant compte du motif cible que l’on souhaite afficher, de la forme de la surface cible et de son agencement par rapport aux rayons lumineux formant le motif cible, en considérant que les rayons solaires sont sensiblement parallèles lorsqu’ils arrivent sur la surface génératrice 12, et éventuellement en considérant leur angle d’incidence sur la pièce collectrice 10.
Ce motif cible est donc formé sans l’utilisation d’une source de lumière artificielle.
La surface cible peut être un écran d’un dispositif lumineux de véhicule, une surface de l’habitacle du véhicule ou une surface extérieure au véhicule, telle que la route.
Les méthodes de calcul de cette surface génératrice 12 peuvent suivre le procédé suivant, dont un exemple est illustré aux figures 6a à 6f:
- dans une étape, dite étape amont E1, illustrée en figure 6a, établir la relation définissant l’angle d’incidence des rayons n, r2, r3, r4, r5 et leur répartition en chaque point de la forme globale 13 donnée, en tenant compte du fait que les rayons sont sensiblement parallèles, permettant autrement dit de définir également la luminosité de chaque point au niveau de la forme globale donnée 13 sur ladite pièce collectrice 10, dit point objet pi, p2, p3, p4, p5,
- dans une étape, dite étape aval E2, qui peut être réalisée avant, après ou en même temps que ladite étape amont E1, définir la répartition lumineuse sur la surface cible 19 permettant d’obtenir le motif cible 16, et donc définir la luminosité de chaque point de la surface cible 19, dit point cible p’-i, p’2, p’3, p'4,
- ensuite, dans une étape de corrélation E3, illustrée en figure 6b, établir une relation entre chaque point objet pi, p2, p3, p4, p5 et chaque point cible p’1, p’2, p’3, p'4, notamment de manière à ce que chaque point cible p’1, p’2, p’3, p'4 recevant de la lumière soit associé à un seul ou à un ensemble de points objets pi, p2, p3, p4, p5 permettant d’obtenir la luminosité requise en ces points pour la formation du motif,
- ensuite, dans une étape d’orientation E4/E5 des variations locales, illustrée en figures 6c à 6f, en fonction des points cibles et des points objets associés par la relation établie dans l’étape de corrélation E3, déterminer l’orientation des variations locales à appliquer à la forme globale de manière à ce que les rayons η, r2, r3, r4, r5 incidents sur les points objets p-i, p2, p3, p4, p5 soient déviés de manière à avoir l’orientation leur permettant d’atteindre les points cibles p’1, p’2, p’3, p'4 associés par cette relation.
L’étape amont E1 tient compte de la répartition des rayons à leur arrivée au niveau de la forme globale donnée 13. Le cas le plus simple, non représenté, est celui d’une pièce collectrice 10, telle que celle illustrée en figures 1 et 6a, formée d’une plaque transparente dont la face d’entrée 11 et la forme globale donnée 13 de la surface génératrice 12 sont planes.
Des cas plus compliqués peuvent cependant être envisagés, comme en figure 7, avec :
- une surface d’entrée 11 courbée, notamment cylindrique, et/ou
- une surface génératrice 12 de forme globale 13 donnée courbée.
Concernant l’étape aval E2, le cas le plus simple est lorsque la surface cible 19 est plane et perpendiculaire à la direction globale d’émission des rayons au niveau de la forme globale 13 de la surface génératrice 12 à calculer. Le motif cible correspond alors au motif propagé.
Dans des cas plus complexes, il faut tenir compte de l’orientation de la surface cible plane, présentant un angle avec la direction globale d’émission des rayons au niveau de la surface génératrice. Néanmoins une telle détermination reste simple.
Lorsque la surface cible n’est pas plane, on peut tenir compte de sa forme, notamment la définir par une équation pour déterminer la répartition lumineuse, pour pouvoir observer en projection le motif cible. Dans tous ces cas plus complexes, le motif propagé, si on le définit selon un plan perpendiculaire à la direction de propagation de celui-ci, diffère du motif cible.
Ensuite, différentes méthodes peuvent être utilisées pour réaliser l’étape de corrélation E3 entre les rayons n, r2, r3, r4, r5 incidents sur la forme globale 13 de la surface génératrice 12 et la répartition lumineuse sur la surface cible 19.
Comme expliqué précédemment, cette étape de corrélation permet de déterminer quels points objets p-i, p2, p3, p4, p5 de la forme globale donnée 13 sont associés avec quels points cibles p’-i, p’2, p’3, p'4 de la surface cible 19.
Grâce à l’étape amont E1 on connaît l’orientation des rayons n, r2, r3, r4, r5 à l’arrivée au niveau de la forme globale donnée 13 de la surface génératrice 12. Par ailleurs, grâce à la corrélation entre points cibles p’-i, p’2, p’3, p'4 et points objet p-i, p2, p3, p4, p5, on détermine l’orientation des rayons n, r2, r3, r4, r5 au départ de cette forme globale donnée 13 pour joindre les points objets p-i, p2, p3, p4, p5 aux points cibles p’i, p’2, p’3, p'4 avec lesquels ils sont corrélés.
Cela permet donc de réaliser l’étape d’orientation E4/E5, en calculant la variation à attribuer à la surface de sortie par rapport à cette forme globale donnée 13 en tout point de celle-ci, ce qui permet de définir la surface génératrice 12.
Une fois ce calcul réalisé, on observe donc en fonction des amplitudes des variations locales, que la surface génératrice 12 est à une distance plus ou moins grande de la forme globale donnée 13. Pour affiner le calcul de la surface génératrice 12, on peut donc réitérer les étapes amont et aval ainsi que l’étape de définition, en considérant l’arrivée des rayons et leur départ par rapport à la forme de la surface génératrice obtenue précédemment et non plus par rapport à la forme globale donnée. La précision de cette surface et donc la netteté de l’image seront améliorées avec le nombre d’itérations. Par ailleurs, cela permet également de lisser la surface génératrice.
Pour réaliser l’étape d’orientation, il est possible d’utiliser les lois de Descartes, connue également sous le nom de lois de Snell dans certains pays anglophones, ou encore sous le nom de lois de Snell-Descartes.
Ainsi, dans une sous-étape E4, illustrée en figures 6c et 6e, pour un point objet pi, p2, p3, p4, P5 de la forme globale donnée 13 ou de la surface génératrice calculée précédemment, avec la direction d’arrivée et la direction de départ des rayons η, r2, r3, r4, r5, on peut déterminer la tangente F et la normale n de la surface de sortie en ce point pour que celle-ci dévie chaque rayon η, r2, r3, r4, r5 incident à l’arrivée selon la direction de réfraction correspondante.
En déterminant, l’ensemble des normales n, encore appelé champs des normales, on détermine dans une sous-étape E5, illustrée en figures 6d et 6f, la surface génératrice 12 ayant ces normales.
Les figures 6c et 6d illustrent la réalisation de ces deux sous-étapes dans un agrandissement au niveau des points objets pi, p2, p3, non référencés sur les figures 6c et 6d pour plus de clarté.
Les figures 6e et 6f illustrent la réalisation de ces deux sous-étapes dans un agrandissement au niveau des points objets p4, p5, non référencés sur les figures 6e et 6f pour plus de clarté.
Sur la figure 2, on peut observer les variations locales de la surface génératrice 12 par rapport à la forme globale donnée 13, plane dans cette exemple. Ces variations locales correspondent à des changements de pente, définis par la normale n et/ou la tangente t à la surface génératrice 12 au niveau de ces variations locales. Il en résulte que cette surface génératrice 12 comprend des écarts par rapport à la forme globale 13 et forme des creux et des bosses.
Pour plus de clarté les normales n et tangentes t n’ont ici été représentées que pour trois points de la surface génératrice 12, la normale et/ou la tangente sont cependant calculées pour l’ensemble des points.
L’amplitude d’une variation locale peut dans cette demande être définie comme la distance entre la variation locale et ladite forme globale 13 selon la normale en un point donné de la forme globale 13.
Si la forme globale est plane, comme en figures 1 et 2, tout point de la forme globale donnée peut être défini par une cote selon une unique direction z perpendiculaire à cette forme globale 13.
On observe, en figure 2, une amplitude minimale a-ι, par convention négative car située en amont de la surface génératrice 12, et une amplitude maximale a2 en aval de la surface génératrice 12, par convention positive.
A noter que dans le procédé illustré, il est possible de discrétiser la surface en de nombreuses surfaces élémentaires et d’assimiler ces dernières aux points mentionnés ρΊ, p2, p3, p4,P5, p’i, p’2, p’s, pV
Dans un cas où l’on souhaiterait également que le motif cible 16 soit observé tel qu’en figure 4 par un conducteur observant la chaussée, le motif cible étant formé par des rayons rasants par rapport à la chaussée car provenant par exemple d’un feu arrière, le motif propagé devrait alors être distordu par rapport au motif cible.
Selon l’invention, comme sur les figures 1 et 2, la surface génératrice 12 peut être agencée, et donc calculée, de manière à ce que, pour la majorité de la surface génératrice 12, à savoir sur des portions lisses représentant la majorité de cette surface, le passage d’une variation locale à l’autre soit lisse. C’est notamment le cas de la portion illustrée en figure 2. Dans un cas où pour le calcul, les variations locales ne sont pas considérées comme des points mais comme une petite zone de la surface génératrice, notamment une zone infinitésimale, la surface génératrice 12 peut être de plus agencée de manière à ce que, pour ces portions lisses, les variations locales soient lisses.
Notamment, une des portions lisses peut avoir une surface représentant la majorité de la surface génératrice.
Un premier exemple de méthode de calcul peut être utilisé pour calculer cette surface génératrice 12. Il s’agit de la méthode divulguée dans le document Yue et al. [1]. Ce document indique notamment les différentes étapes pour construire la surface génératrice 12 à partir d’un exemple donné, en particulier pour établir la relation entre les points de la surface génératrice 12 et ceux de la surface cible.
Ce premier exemple de méthode permet d’obtenir une surface génératrice 12 totalement lisse. Le passage d’une variation locale à l’autre est lisse.
Pour établir la relation de l’étape de corrélation, notamment comme dans cette première méthode, il est fixé comme condition d’établir une bijection entre les points objets et les points cibles. Ainsi, la totalité de la surface génératrice 12 est agencée de manière à ce que :
- chaque variation locale dévie les rayons lumineux incidents de manière à former une et une seule portion du motif cible 16 qui soit distincte des portions du motif cible 16 formées par les autres variations locales, et
- pour tout le motif cible 16, chaque portion du motif cible reçoit les rayons lumineux issus d’une et d’une seule variation locale.
Cette méthode permet de bons gradients de luminosité et une bonne résolution. Elle peut par exemple être utilisée pour réaliser la surface génératrice 12 de la figure 1.
Selon d’autres méthodes, pour améliorer le contraste et avoir des zones davantage sombres et des zones avec une luminosité maximale, il est possible d’agencer les variations locales pour que la surface génératrice 12 présente une ou plusieurs arêtes.
Selon le cas, la surface génératrice 12 comprend :
- au moins une arête délimitant des portions de la surface génératrice avec des orientations différentes de manière à générer une divergence telle que certaines zones du motif cible ne reçoivent quasiment pas de rayons, voire pas du tout, formant ainsi des zones sombres, et/ou
- au moins une arête délimitant des portions de la surface génératrice avec des orientations différentes de manière à générer une convergence telle que certaines zones du motif cible reçoivent les rayons de plusieurs variations locales et/ou de plusieurs portions de cette surface génératrice.
Cela permet notamment de réaliser des motifs avec des traits lumineux ou des écritures très nets.
Pour cela, on peut par exemple utiliser une deuxième méthode de calcul pour calculer la surface génératrice 12, divulguée dans le document Schwartzburg et al. [2],
Dans cette deuxième méthode, aucune contrainte de bijection n’est utilisée dans l’étape de corrélation. Cette méthode est plus complexe mais permet d’obtenir un contraste, à savoir un ratio entre la zone claire et la zone sombre, plus élevé. Cette méthode permet en effet d’obtenir des zones plus sombres que celles de la méthode de Yue et Al, mentionnée précédemment. Ainsi, il est possible avec cette deuxième méthode d’obtenir des démarcations entre zone sombre et zone lumineuse plus marquées. Les portions en dehors des arêtes sont lisses, le passage d’une variation locale à l’autre y étant lisse.
Par exemple, dans les figures 6a à 6f, la méthode utilisée n’impose pas une contrainte de bijection pour établir le motif cible. A certains endroits, plusieurs points objets p4, p5 correspondent à un seul point cible p'4. Il en résulte que la surface génératrice 12 présente une discontinuité de variation de pente, correspondant à une arrête rentrante 18 sur la surface génératrice 12, et donc saillante en direction de l’arrivée des rayons incidents. Cette arrête 18 permet de concentrer les rayons r4, r5 sur une ligne de la surface cible, par exemple pour former un trait intense net.
En dehors de cette arête 18, notamment au-dessus et au-dessous, l’étape de corrélation E3 a abouti, sans pour autant l’avoir contrainte, à une relation bijective entre les points objets correspondants ρΊ, p2, p3 et les points cibles correspondants p’i, p’2, p’3.
Quelle que soit la méthode utilisée, chaque point de la surface génératrice 12 est donc associé à une amplitude qui correspond à un écart à la forme globale 13, cette amplitude étant définie selon une direction parallèle à la normale à la forme globale 13 en ce point.
Par exemple comme illustré en figure 1 et 7, on considère un plan comprenant la direction globale du faisceau de rayons r incidents. On considère dans ce plan, le rectangle 17, dans lequel est circonscrite la pièce collectrice 10, ce rectangle 17 peut présenter un côté au moins quatre fois supérieur, notamment six fois supérieur à celui de l’amplitude de chaque variation locale par rapport à la forme globale donnée 13 au niveau de cette variation locale, donc supérieur à six fois l’amplitude maximale.
Par ailleurs, les variations locales peuvent présenter une tangente t formant un angle a avec la forme globale donnée compris entre -60 et 60 degrés, notamment entre -30 et 30 degrés.
En cumulant ces conditions de pente et d’amplitude on arrive à des résultats optimaux, notamment en termes de contraste et de netteté, permettant notamment une propagation du motif propagé dans l’intervalle utile et en particulier à la distance optimale Dp.
La surface génératrice 12 peut être formée sur une pièce collectrice 10 spécialement dédiée à cet effet. Cependant elle peut également être formée sur des pièces collectrices ayant d’autres fonctions, tels qu’une glace de fermeture du dispositif lumineux, une lentille optique, un masque.
Dans la demande, on désigne par « masque » l’enjoliveur destiné à masquer certains éléments, tel que des câbles, le fond du boitier. Il est également appelé « bezel » en anglais.
Par ailleurs, les figures 1 et 7 illustrent des cas où la surface génératrice 12 est sur la face de sortie de la pièce collectrice 10. Cependant cela n’est pas limitatif et d’une manière générale, la pièce collectrice peut présenter une surface génératrice sur la face d’entrée et/ou sur la face de sortie.
Comme vu précédemment, la figure 8 illustre un mode de réalisation selon lequel la pièce collectrice 10’ fonctionne par réflexion.
La pièce collectrice 10’ est ici un miroir dont la surface réfléchissante forme la surface génératrice 12’, présentant les variations locales autour de sa forme globale plane 13’.
Ce miroir 10’ peut présenter une ou plusieurs arêtes. Ici, il y a une arête rentrante 18’, à savoir formant le fond d’un creux, délimitant des portions de surfaces avec une orientation en vis-à-vis l’une de l’autre, ces portions-ci permettant ainsi de créer un trait lumineux intense de forme particulière sur le motif cible, non représenté.
Les mêmes méthodes de construction peuvent être appliquées à cette surface génératrice 12’ réfléchissante, en tenant compte au cours des différentes étapes qu’il s’agit d’une réflexion et non d’une réfraction.
Dans un tel cas, l’étape amont est simplifiée car les rayons r arrivent directement sur la surface génératrice 12 selon la répartition sensiblement parallèle des rayons solaires et en repartent également directement.
La figure 9 illustre un premier mode de réalisation selon l’invention, dans lequel la pièce collectrice est formée par un vitrage d’un habitacle d’un véhicule 100, ici un toit panoramique 110 transparent.
La surface génératrice 112 est formée sur la face inférieure d’au moins une portion du toit panoramique 100. De ce fait, elle reçoit les rayons solaires r et les réfractent de manière à former un motif cible 116 sur les coussins d’assise de fauteuils 119. Cela permet de créer un motif d’ambiance lorsque le soleil est levé, par exemple entre 10 heures et 16 heures.
La figure 10 illustre un deuxième mode de réalisation selon l’invention, correspondant à un feu de signalisation 200. Ce dernier comprend un boîtier (non représenté) fermé par une glace de fermeture 210 transparente. La glace de fermeture 210 est une pièce collectrice selon l’invention.
A l’intérieur du boîtier est agencé un ensemble émetteur 204 comprenant plusieurs sources lumineuses 203. Ces sources lumineuses 203 peuvent être, comme ici, des diodes électroluminescentes 203, encore appelées DEL. Elles peuvent, comme ici, former une matrice portée par une carte de circuit électronique unique.
Une paroi cible est agencée entre la glace de fermeture 210 et l’ensemble émetteur 204. Cette paroi cible est un écran diffusant 219, notamment translucide. Il peut par exemple être grainé ou présenter des billages, ou encore être constitué d’un matériau blanc réfléchissant. Les DEL 203 et cet écran diffusant 219 sont agencées de telle sorte que les rayons provenant des DEL 203, dits rayons émis, traversent l’écran diffusant 219 en étant diffusés de manière à former un ensemble de rayons lumineux présentant une répartition photométrique correspondant à un faisceau de signalisation, par exemple un feu de position nocturne.
La distance entre l’écran diffusant 219 et la surface génératrice 212 est comprise dans l’intervalle utile de la surface génératrice 212.
Ainsi, la surface génératrice conserve sa forme globale lisse, plane dans l’exemple illustré, avec des faibles variations locales.
Ainsi, les rayons du soleil incidents passent au travers de la surface génératrice 212 et sont déviés de manière à former une image sur l’écran diffusant 219.
En revanche, les rayons émis par les LEDs 203, puis diffusés par l’écran 219, sont dans l’ensemble peu déviés par la surface génératrice 212. Globalement la forme du faisceau restera celle du faisceau de signalisation.
Les déformations sont d’autant moins importantes dans le cas où la surface génératrice 212 est totalement lisse.
Comme la distance entre l’écran diffusant 219 et la surface génératrice 212 est à l’intérieur de l’intervalle utile, le motif propagé est formé au niveau de cet écran diffusant 219. L’écran 219 étant diffusant, il forme la surface cible sur laquelle est projeté le motif cible.
Ce feu de signalisation 200 présente ainsi une signature de nuit différente de sa signature de jour.
La figure 11 illustre un troisième mode de réalisation selon l’invention, correspondant à un projecteur 300, encore appelé phare. Ce dernier comprend un 5 boîtier, non visible car caché par la carrosserie du véhicule dans lequel le projecteur 300 est monté. Ce boîtier est fermé par une glace de fermeture transparente.
A l’intérieur du boîtier, sont agencés des modules optiques 301, 302 permettant de générer des faisceaux d’éclairage de la route.
Un masque 310 est agencé entre ces modules optiques 301,302 et face à 10 la glace de fermeture, de manière à cacher différents éléments mécaniques et électriques situés dans le boîtier, tels que des actionneurs, des faisceaux de câbles électriques, des fixations.
Ce masque 310 est réfléchissant et forme une pièce collectrice selon l’invention. Sa surface génératrice 312, en particulier les variations locales de celle15 ci, est agencée de manière à réfléchir les rayons solaires r vers la chaussée 319 de manière à former sur cette dernière une caustique formant un motif cible 316, ici étoilé.
Liste des références [1] Yonghao Yue, Kei Iwasaki, Bing-Yu Chen, Yoshinori Dobashi, Tomoyuki Nishita.
Poisson-Based Continuous Surface Génération for Goal-Based Caustics, ACM Transactions on Graphies, Vol. 31, No. 3, Article 31 (May 2014).
[2] Yuliy Schwartzburg, Romain Testuz, Andrea Tagliasacchi, Mark Pauly. Highcontrast Computational Caustic Design, ACM Transactions on Graphies (Proceedings of ACM SIGGRAPH 2014), Vol. 33, Issue 4, Article No. 74 (July 2014)
Claims (14)
1. Pièce collectrice (10) formée par une pièce de véhicule destinée à être exposée aux rayons solaires une fois assemblée à un véhicule, la pièce collectrice présentant une surface génératrice (12 ; 12’) de caustique contrôlée, cette surface génératrice étant une surface réfléchissante ou réfractrice, s’étendant selon une forme globale donnée (13 ; 13’) et présentant des variations locales de forme autour de cette forme globale donnée, ces variations locales étant réparties sur l’ensemble de ladite surface génératrice de sorte qu’elles confèrent à l’ensemble de la surface génératrice un relief formant un motif objet (15), ces différentes variations locales étant agencées de manière à ce que la majorité de ladite surface génératrice soit lisse et de manière à ce que pour un faisceau de rayons (n, r2, r3) lumineux incidents sur l’ensemble de cette dite surface génératrice, ces rayons incidents étant sensiblement parallèles entre eux, ladite surface génératrice dévie ces rayons incidents selon des orientations différentes en fonction des variations locales qu’ils rencontrent, formant ainsi un faisceau dévié propageant un motif propagé (16) identifiable sur un intervalle utile s’étendant en amont de et au moins jusqu’à une distance optimale (Dp) de propagation donnée finie, ce motif propagé correspondant à une forme distordue du motif objet, la pièce collectrice étant agencée de manière à ce qu’une fois assemblée au véhicule, les rayons incidents soient les rayons solaires et le motif propagé soit projeté sur une surface cible située à une distance (Di, D2) située à l’intérieur de l’intervalle utile et/ou sensiblement égale à la distance optimale, de manière à former un motif cible.
2. Pièce collectrice (10) selon la revendication 1, dans laquelle la surface génératrice (12 ; 12’) comprend au moins une portion lisse dont la surface représente la majorité de la surface génératrice, le passage d’une variation locale à l’autre étant lisse à l’intérieur de cette portion lisse.
3. Pièce collectrice (10) selon la revendication 2, dans laquelle toute la surface génératrice (12) est lisse, le passage d’une variation locale à l’autre étant lisse.
4. Pièce collectrice (10) selon la revendication 2, dans laquelle le passage entre certaines variations locales est formé par une arête (18, 18’).
5. Pièce collectrice (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la pièce collectrice (10) étant agencée de manière à ce qu’une fois montée dans le véhicule la surface cible soit la route ou un élément du véhicule.
6. Pièce collectrice (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la pièce collectrice étant une glace de fermeture d’un boîtier d’un dispositif lumineux de véhicule, la surface génératrice (12) étant formée en surface d’au moins une portion de la glace de fermeture.
7. Pièce collectrice (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, la pièce collectrice étant un masque (310) d’un dispositif lumineux (300) de véhicule dont au moins une portion réfléchissante est formée par la surface génératrice.
8. Pièce collectrice (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, la pièce collectrice étant un vitrage (110) d’un habitacle d’un véhicule (100), la surface génératrice (112) étant formée en surface d’au moins une portion du vitrage.
9. Pièce collectrice (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, la pièce collectrice étant une pièce de rétroviseur.
10. Dispositif lumineux de véhicule comprenant une pièce collectrice (10) selon l’une des revendications précédentes.
11. Dispositif lumineux selon la revendication 10, dans lequel la pièce collectrice est agencée de manière à former le motif cible sur une paroi cible (219) du dispositif lumineux, cette paroi cible étant visible depuis l’extérieur de ce dernier, de manière à ce que le motif cible soit distinct de l’aspect du dispositif lumineux lorsqu’il est éclairé de nuit.
12. Dispositif lumineux selon la revendication 11, le dispositif lumineux étant un dispositif de signalisation et dans lequel :
- la pièce collectrice (210) est en matériau transparent,
- un ensemble émetteur comprenant au moins une source lumineuse
5 (203),
- la paroi cible est un écran diffusant (219) agencé entre la pièce collectrice (210) et l’ensemble émetteur (204) de manière à dévier les rayons lumineux émis par l’ensemble émetteur de telle sorte que ces rayons-ci forment un faisceau lumineux de signalisation émis en direction et au travers de la pièce
10 collectrice, la distance entre l’écran diffusant et la surface génératrice étant comprise à l’intérieur de l’intervalle utile.
13. Rétroviseur de véhicule comprenant une pièce collectrice selon l’une 15 des revendications précédentes.
14. Véhicule comprenant une pièce collectrice selon l’une des revendications 1 à 9 , un dispositif lumineux selon l’une des revendications
10 à 12, ou un rétroviseur selon la revendication 13.
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