FR3106671A1

FR3106671A1 - Système de projection de faisceaux lumineux

Info

Publication number: FR3106671A1
Application number: FR1915146A
Authority: FR
Inventors: Pierre Albou
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: FR3106671B1; EP4078020A1; WO2021123459A1; US20240027045A1; JP7462049B2; JP2023507197A; CN114981591A

Abstract

Titre : Système de projection de faisceaux lumineux L’invention concerne un système lumineux comprenant une source de lumière (1) pixelisée dotée d’une pluralité d’éléments émissifs activables sélectivement et ayant chacun une forme rectangulaire avec une dimension en hauteur et une dimension en largeur, la dimension en largeur étant identique pour tous les éléments émissifs, et un dispositif optique présentant un axe optique et configuré pour projeter une image (S) de chacun des éléments émissifs, caractérisé en ce que le dispositif optique est configuré pour que les images (S) présentent une dimension en largeur croissante de manière non linéaire à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique. Figure pour l’abrégé : Fig.1

Description

Système de projection de faisceaux lumineux

La présente invention concerne le domaine de l’éclairage et/ou de la signalisation et les organes, notamment optiques, qui y participent. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine des véhicules automobiles.

Dans le secteur de l’automobile, on connait des dispositifs susceptibles d’émettre des faisceaux lumineux, encore appelés fonctions d’éclairage et/ou de signalisation, répondant en général à des réglementations

Récemment, on a développé des technologies permettant de produire un faisceau segmenté, aussi appelé pixélisé, pour réaliser des fonctions d’éclairage avancées. C’est notamment le cas pour une fonction d’éclairage de type «route complémentaire » généralement basée sur une pluralité d’unités d’illumination comportant chacune une diode électroluminescente, diodes qui peuvent être pilotées individuellement. Ce faisceau peut, notamment, servir à compléter l’éclairage d’un faisceau de type code, pour former un éclairage de type route.

Le faisceau, résultant des différents segments de faisceau issus de chacune des diodes, est projeté au moyen d’un système optique de projection comprenant généralement une ou plusieurs lentilles. Par exemple, on peut produire un faisceau complémentaire, associé avec un faisceau de base totalement ou pour le moins majoritairement projeté en dessous d’une ligne horizontale de coupure du type utilisé pour la fonction de feu de croisement, le faisceau complémentaire s’additionnant au faisceau de base de sorte à le compléter au-dessus de la ligne de coupure ; avantageusement, ce faisceau complémentaire est adaptatif pour allumer ou éteindre certaines parties du faisceau global projeté, par exemple pour des fonctions anti-éblouissement. L’acronyme ADB (pour Adaptative Driving Beam signifiant faisceau de route adaptatif) est utilisé pour ce type de fonction.

Dans la présente description, on appelle faisceau segmenté, un faisceau dont la projection forme une image composée de segments de faisceau, chaque segment pouvant être allumé de manière indépendante. On peut employer une source de lumière pixélisée pour former ces segments. Une telle source comprend une pluralité d’éléments émissifs activables sélectivement. Les éléments émissifs sont typiquement placés les uns à côté des autres sur un support, avec un certain pas.

Dans une situation idéale, la résolution des sources lumineuses (c’est-à-dire le nombre de pixels) est illimitée si bien que l’on peut couvrir un large champ visuel tout en disposant d’une intensité lumineuse élevée. En particulier, pour des sources présentant des pixels d’une puissance donnée, il suffit d’augmenter le nombre de pixels pour élargir le champ.

Dans la pratique, des raisons de limitation de la complexité et du prix de revient induisent à rechercher des sources lumineuses aussi petites que possible. Dans le même temps, l’objectif de résolution suffisante et l’intensité lumineuse ciblée (très généralement imposées par des réglementations) ne permettent pas une forte réduction du nombre de pixels est donc du prix de revient de telles technologies.

Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution à ce problème, en autorisant une intensité lumineuse satisfaisante pour un champ visuel suffisamment large, avec une source pixelisée de taille maîtrisée.

Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.

RESUME

Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un système lumineux comprenant une source de lumière pixelisée dotée d’une pluralité d’éléments émissifs activables sélectivement et ayant chacun une forme rectangulaire avec une dimension en hauteur et une dimension en largeur, la dimension en largeur étant identique pour tous les éléments émissifs, et un dispositif optique présentant un axe optique et configuré pour projeter une image de chacun des éléments émissifs, caractérisé en ce que le dispositif optique est configuré pour que les images présentent une dimension en largeur croissante de manière non linéaire à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique.

Ainsi, on produit un faisceau segmenté, issu de la projection lumineuse dérivant de la pluralité d’éléments émissifs, avec une modulation spatiale de l’intensité et de l’étalement surfacique des images produites par chacun des éléments émissifs.

L’étalement des images s’entend d’un accroissement d’au moins une dimension en largeur de ces dernières plus les images sont éloignées de l’axe optique. Ainsi, la largeur des images est plus importante en périphérie qu’au centre, c’est-à-dire au niveau de l’axe optique et au voisinage de ce dernier. Cette disposition permet d’obtenir un champ visuel donné, avec un nombre de pixels, c’est-à-dire d’éléments émissifs, réduit. L’augmentation de la dimension des images permet de compenser une réduction du nombre de ces dernières.

Dans le même temps, l’intensité lumineuse des images est aussi modulée de sorte à ne pas pénaliser le niveau d’éclairement produit par le système, en particulier dans la zone principale d’intérêt qui est formée au niveau de l’axe optique et dans son voisinage. Notamment, c’est dans cette zone, vers le centre du faisceau projeté à l’avant d’un véhicule, qu’il est en général le plus utile de disposer d’une luminosité élevée. Pour y parvenir, les images sont de dimensions plus faibles au voisinage de l’axe optique, ce qui y concentre la lumière et préserve la luminosité à un niveau acceptable.

Un moyen employé pour obtenir cet agrandissement des images et des pixels consiste à créer une distorsion, entraînant de préférence un agrandissement non linéaire en allant vers les bords du champ de vision. Alors que la distorsion est en général perçue comme un défaut d’un système optique, on l’utilise ici volontairement pour moduler la taille et l’intensité lumineuse des images.

De manière facultative, la dérivée première d’une fonction de la dimension en largeur d’une image par rapport à la position angulaire de l’image suivant un axe parallèle à la grande largeur du champ éclairé total est égale à zéro au niveau de l’axe optique.

Grâce à cette disposition éventuelle, l’intensité lumineuse au niveau de l’axe optique et à son voisinage peut être préservée à un niveau élevé.

Avantageusement, le dispositif optique est configuré pour que les images présentent une dimension en largeur croissante d’une manière non linéaire, et éventuellement de manière supérieure à une croissance linéaire, à partir d’un certain angle d’image (ou de coordonnée en largeur), en s’éloignant de l’axe optique pour au moins un groupe périphérique des images.

Lorsque cet aspect est mis en œuvre, l’accroissement de la dimension en largeur des images est plus important qu’il ne le serait si la croissance était linéaire au moins à partir d’une certaine coordonnée de l’image dans le sens de la largeur. Cette disposition peut être mise en œuvre au moins sur une portion du faisceau projeté située en périphérie, c’est-à-dire sur une zone allant jusqu’au contour du faisceau. On peut ainsi rapidement augmenter la taille des images pour produire un étalement important, et, par conséquent, un champ angulaire plus élevé pour le faisceau. Éventuellement, cette disposition peut être utilisée sur l’ensemble du faisceau, depuis l’axe optique. Cependant, l’accroissement est de préférence plus faible à partir du centre (au niveau de l’axe optique) de sorte à y préserver des tailles faibles d’images, donc une intensité lumineuse importante. A ce titre, l’accroissement peut être très progressif au début (en partant de l’axe optique) avec une dérivée de largeur d’image faible (par exemple plus lente qu’une variation linéaire, éventuellement en partant d’une valeur nulle de dérivée au centre) , puis augmenter à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique, pour atteindre une dérivée supérieure à une croissance linéaire.

Un autre aspect concerne un dispositif optique pouvant être utilisé dans le système. On peut prévoir un dispositif optique présentant un axe optique et configuré pour projeter une image de chacun des éléments émissifs d’une source lumineuse pixelisée, le dispositif optique étant avantageusement configuré pour que les images présentent une dimension en largeur croissante de manière non linéaire à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique.

Le dispositif optique peut comporter, dans un mode de réalisation, une unité optique d’entrée et une unité optique de sortie. Dans un cas préféré, l’unité optique d’entrée produit une distorsion du faisceau lumineux, et on peut notamment avoir recours à une face de sortie de lentille de cette unité réalisée avec une courbure convexe, de préférence sphérique, élevée pour créer une forte dispersion spatiale des rayons présentant une composante radiale importante.

L’unité optique de sortie peut-être d’une puissance optique inférieure.

Un autre aspect est relatif à un véhicule automobile équipé d’au moins un système et/ou d’au moins un dispositif optique.

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :

La figure 1 représente un exemple de projection dans un plan d’un faisceau lumineux, avec une répartition d’étalement et d’intensité lumineuse d’images d’une source pixelisée.

La figure 2 représente l’évolution de l’intensité lumineuse et de la dimension en largeur des images en fonction de leur éloignement de l’axe optique.

Les figures 3A et 3B représentent un premier mode de réalisation d’un dispositif optique.]

Les figures 4A et 4B représentent un deuxième mode de réalisation d’un dispositif optique.

Les figures 5A et 5B représentent un troisième mode de réalisation d’un dispositif optique.

La figure 6 montre un autre mode de réalisation d’un dispositif optique.

Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.

Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :

le dispositif optique comprend une unité optique d’entrée 2 recevant de la lumière issue de la pluralité d’éléments émissifs et une unité optique de sortie 3 recevant de la lumière issue de l’unité optique d’entrée 2 et projetant les images S de chacun des éléments émissifs.
l’unité optique d’entrée 2 comprend une lentille convergente qui présente un ratio rayon de courbure/rayon d’ouverture utile inférieur à 1,175 sur sa face de sortie de la lumière.
la lentille convergente est réalisée en un matériau ayant un indice de réfraction, à une longueur d’onde de 587,56nm, supérieur à 1,7.
l’unité optique de sortie 3 est convergente et présente un chromatisme inversé, c’est à dire que la position du foyer sur l’axe optique en fonction de la longueur d’onde varie en sens contraire par rapport à ce qu'elle fait dans le cas d’une simple lentille convergente (réfractive).L’unité 3 est sur-corrigée en chromatisme axial.
la distance focale de l’unité optique de sortie 3 est plus grande que la distance focale de l’unité optique d’entrée 2.
l’unité optique de sortie 3 comprend au moins deux lentilles.
l’unité optique de sortie 3 comprend un élément optique diffractif.
la pluralité d’éléments émissifs forme une matrice rectangulaire, la dimension longue de la matrice rectangulaire étant dirigée suivant la dimension en largeur. La dimension en largeur correspond à la largeur du faisceau.
la dimension en largeur est dirigée suivant la ligne d’horizon.
les éléments émissifs présentent une dimension en hauteur identique. Eventuellement la dimension en hauteur est égale à celle en largeur, si bien que les éléments émissifs ont une section carrée.

Le système selon l’invention comprend une unité de pilotage de l’activation de chacun des éléments émissifs, configurée pour produire au moins une zone sombre dans un faisceau projeté par désactivation d’un groupe d’éléments émissifs adjacents, l’unité de pilotage étant configurée pour déterminer le nombre d’éléments émissifs du groupe d’éléments émissifs adjacents correspondant à la zone sombre en fonction de la dimension en largeur des éléments émissifs.

un produit programme d’ordinateur, de préférence stocké dans une mémoire non transitoire, comprend des instructions qui, lorsqu’elles sont exécutées par un processeur, permettent de déterminer les éléments émissifs à activer, en particulier pour obtenir au moins une zone sombre (dans laquelle les éléments ne sont pas activés) d’une surface déterminée en tenant compte de la surface variable des images des éléments.

Dans les caractéristiques exposées ci-après, des termes relatifs à la verticalité, l’horizontalité et à la transversalité (ou encore direction latérale), ou leurs équivalents, s’entendent par rapport à la position dans laquelle le système d’éclairage est destiné à être monté dans un véhicule. Les termes « vertical » et « horizontal » sont utilisés dans la présente description pour désigner des directions, suivant une orientation perpendiculaire au plan de l’horizon pour le terme « vertical » (qui correspond à la hauteur des systèmes), et suivant une orientation parallèle au plan de l’horizon pour le terme « horizontal ». Elles sont à considérer dans les conditions de fonctionnement du dispositif dans un véhicule. L’emploi de ces mots ne signifie pas que de légères variations autour des directions verticale et horizontale soient exclues de l’invention. Par exemple, une inclinaison relativement à ces directions de l’ordre de + ou – 10° est ici considérée comme une variation mineure autour des deux directions privilégiées. Par rapport au plan horizontal, l'inclinaison est en principe comprise entre -5° et +4° et elle est comprise entre -6° et +7.5° latéralement.

D’une manière générale, les indices de réfraction dont des valeurs sont données à titre d’exemple correspondent à des valeurs qui seraient mesurées à une longueur d’onde de 587,56nm (raie d du sodium).

Les projecteurs de véhicule automobile peuvent être munis d’un ou de plusieurs systèmes lumineux agencés dans un boîtier fermé par une glace de manière à obtenir un ou plusieurs faisceaux d’éclairage et/ou de signalisation à la sortie du projecteur.

L’invention peut participer à une fonction faisceau de route qui a pour fonction d’éclairer sur une large étendue la scène face au véhicule, mais également sur une distance conséquente, typiquement environ deux cents mètres. Ce faisceau lumineux, de par sa fonction d’éclairage, se situe principalement au-dessus de la ligne d’horizon. Il peut présenter un axe optique d’éclairement légèrement ascendant par exemple. Notamment, il peut servir à générer une fonction d’éclairage du type « complémentaire» qui forme une portion d’un feu de route complémentaire à celle produite par un faisceau de champ proche, le complément route cherchant en totalité ou au moins majoritairement à éclairer au-dessus de la ligne d’horizon alors que le faisceau de champ proche (qui peut présenter les spécificités d’un feu de croisement) cherche à éclairer en totalité ou au moins majoritairement en dessous de la ligne d’horizon.

Le dispositif peut aussi servir à former d’autres fonctions d’éclairage via ou en dehors de celles décrites précédemment en relation aux faisceaux adaptatifs.

Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, le terme «image » s’entend de la projection résultant d’au moins une partie de la lumière issue d’un élément émissif via le dispositif optique de l’invention dans un plan situé à une distance prédéterminée en aval du dispositif optique et perpendiculaire à l’axe optique de ce dernier. Typiquement, un tel plan présente une orientation verticale à l’avant d’un véhicule automobile (ou éventuellement à l’arrière) à une distance donnée dudit véhicule. La variation de dimension des images à une distance donnée du dispositif optique permet de moduler l’étalement angulaire du faisceau et l’intensité lumineuse selon les zones du faisceau.

On notera que la pluralité d’éléments émissifs peut être commandée de sorte à les activer sélectivement. Cela signifie que tous les éléments émissifs ne sont pas forcément simultanément actifs, c’est-à-dire émissifs de lumière. Cette fonction permet de moduler la forme du faisceau rendu. Dans le cas où un élément émissif n’est pas activé, son image, telle que projetée par le dispositif optique sera nulle. Elle forme alors un vide d’éclairage dans le faisceau global résultant. Ce vide s’entend aux phénomènes de couplage au niveau de la source et des effets des lumières parasites de l’optique près.

La source 1 comprend de préférence un support dont une face porte des éléments émissifs 11 activables sélectivement, par exemple sur la base de technologies LED, comme détaillées plus loin.

Comme le schématise la figure 3A, la source lumineuse 1 est avantageusement centrée sur, et perpendiculaire à, l’axe optique du dispositif optique 3, ici représenté par un groupe de lentilles. L’axe optique peut être orienté sensiblement horizontalement.

La source de lumière 1 peut notamment être conçue sous la forme d’une matrice d’éléments émissifs dont l’activation peut être pilotée de manière individuelle, pour éteindre ou allumer l’un quelconque des éléments émissifs. On fait ainsi varier, avec une très large flexibilité, la forme du faisceau résultant. À titre purement illustratif, on peut mettre en œuvre une matrice d’éléments émissifs, par exemple formant 2464 pixels, voire plus, arrangés en lignes et en colonnes, par exemple 28 lignes et 88 colonnes. Suivant les paramètres optiques, notamment de distorsion, permettant l’étalement des images des pixels, on peut ainsi, par exemple, obtenir un effet visuel équivalent à celui d’une source présentant une matrice de 28 lignes et de 132 colonnes.

De façon connue en soi, la présente invention peut utiliser des sources lumineuses du type diodes électroluminescentes encore communément appelées LEDs. Il peut éventuellement s’agir de LED(s) organique(s). Notamment, ces LEDs peuvent être dotées d’au moins une puce utilisant la technologie des semi-conducteurs et apte à émettre une lumière. Par ailleurs, le terme source lumineuse s’entend ici d’un ensemble d’au moins une source élémentaire telle une LED apte à produire un flux conduisant à générer en sortie du module de l’invention au moins un faisceau lumineux. Dans un mode avantageux, la face de sortie de la source est de section rectangulaire, ce qui est typique pour des puces de LEDs.

De préférence, la source électroluminescente comprend au moins une matrice d’éléments électroluminescents monolithique, aussi appelée matrice monolithique. Dans une matrice monolithique, les éléments électroluminescents ont crû depuis un substrat commun, ou ont été reportés sur celui-ci, et sont connectés électriquement de manière à être activables sélectivement, individuellement ou par sous-ensembles d’éléments électroluminescents. Le substrat peut être majoritairement en matériau semi-conducteur. Le substrat peut comporter un ou plusieurs autres matériaux, par exemple non semi-conducteurs. Ainsi chaque élément électroluminescent ou groupe d’éléments électroluminescents peut former un pixel lumineux et peut émettre de la lumière lorsque son ou leur matériau est alimenté en électricité. La configuration d’une telle matrice monolithique permet l’agencement de pixels activables sélectivement très proches les uns des autres, par rapport aux diodes électroluminescentes classiques destinées à être soudées sur des plaques de circuits imprimés. La matrice monolithique au sens de l’invention comporte des éléments électroluminescents dont une dimension principale d’allongement, à savoir la hauteur, est sensiblement perpendiculaire à un substrat commun, cette hauteur étant au plus égale au micromètre.

Avantageusement, la ou les matrices monolithiques aptes à émettre des rayons lumineux peuvent être couplées à une unité de contrôle de l’émission lumineuse de la source pixélisée. L’unité de contrôle peut ainsi commander (on peut également dire piloter) la génération et/ou la projection d’un faisceau lumineux pixélisé par le dispositif lumineux. L’unité de contrôle peut être intégrée au dispositif lumineux. L’unité de contrôle peut être montée sur une ou plusieurs des matrices, l’ensemble formant ainsi un module lumineux. L’unité de contrôle peut comporter une unité centrale de traitement couplée avec une mémoire sur laquelle est stockée un programme d’ordinateur qui comprend des instructions permettant au processeur de réaliser des étapes générant des signaux permettant le contrôle de la source lumineuse. L’unité de contrôle peut ainsi par exemple contrôler individuellement l’émission lumineuse de chaque pixel d’une matrice. En outre, la luminance obtenue par la pluralité d’éléments électroluminescents est d’au moins 60Cd/mm², de préférence d’au moins 80Cd/mm².

L’unité de contrôle peut former un dispositif électronique apte à commander les éléments électroluminescents. L’unité de contrôle peut être un circuit intégré. Un circuit intégré, encore appelé puce électronique, est un composant électronique reproduisant une ou plusieurs fonctions électroniques et pouvant intégrer plusieurs types de composants électroniques de base, par exemple dans un volume réduit (i.e. sur une petite plaque). Cela rend le circuit facile à mettre en œuvre. Le circuit intégré peut être par exemple un ASIC ou un ASSP. Un ASIC (acronyme de l'anglais « Application-Specific Integrated Circuit ») est un circuit intégré développé pour au moins une application spécifique (c'est-à-dire pour un client). Un ASIC est donc un circuit intégré (micro-électronique) spécialisé. En général, il regroupe un grand nombre de fonctionnalités uniques ou sur mesure. Un ASSP (acronyme de l’anglais « Application Specific Standard Product ») est un circuit électronique intégré (micro-électronique) regroupant un grand nombre de fonctionnalités pour satisfaire à une application généralement standardisée. Un ASIC est conçu pour un besoin plus particulier (spécifique) qu'un ASSP. L’alimentation en électricité des matrices monolithiques est réalisée via le dispositif électronique, lui-même alimenté en électricité à l’aide par exemple d’au moins un connecteur le reliant à une source d’électricité. La source d’électricité peut être interne ou externe au dispositif selon l’invention. Le dispositif électronique alimente la source lumineuse en électricité. Le dispositif électronique est ainsi apte à commander la source lumineuse.

Selon l’invention, la source de lumière comprend de préférence au moins une matrice monolithique dont les éléments électroluminescents s’étendent en saillie d’un substrat commun. Cet arrangement d’éléments peut être issu d’une croissance sur le substrat à partir duquel ils ont crû respectivement, ou de toute autre méthode de réalisation, par exemple par report des éléments par des techniques de transfert. Différents agencements d’éléments électroluminescents peuvent répondre à cette définition de matrice monolithique, dès lors que les éléments électroluminescents présentent l’une de leurs dimensions principales d’allongement sensiblement perpendiculaire à un substrat commun et que l’écartement entre les pixels, formé par un ou plusieurs éléments électroluminescents regroupés ensemble électriquement, est faible en comparaison des écartements imposés dans des agencements connus de chips généralement carrés plates soudés sur une carte de circuits imprimés.

Notamment la source de lumière selon un aspect de l’invention peut comporter une pluralité d’éléments électroluminescents distincts les uns des autres et que l’on fait croitre individuellement depuis le substrat, en étant connectés électriquement pour être activables sélectivement, le cas échéant par sous-ensembles au sein desquels des bâtonnets peuvent être activés simultanément.

Selon un mode de réalisation non représenté, la matrice monolithique comprend une pluralité d’éléments électroluminescents, de dimensions submillimétriques, voire de moins de 10 µm, qui sont agencés en saillie d’un substrat de manière à former des bâtonnets de section notamment hexagonale. Les bâtonnets électroluminescents s’étendent parallèlement à l'axe optique du module lumineux quand la source de lumière est en position dans le boîtier.

Ces bâtonnets électroluminescents sont regroupés, notamment par des connexions électriques propres à chaque ensemble, en une pluralité de portions activables sélectivement. Les bâtonnets électroluminescents prennent naissance sur une première face d’un substrat. Chaque bâtonnet électroluminescent, ici formé par utilisation de nitrure de gallium (GaN), s’étend perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement, en saillie du substrat, ici réalisé à base de silicium, d’autres matériaux comme du carbure de silicium pouvant être utilisés sans sortir du contexte de l’invention. A titre d’exemple, les bâtonnets électroluminescents pourraient être réalisés à partir d’un alliage de nitrure d’aluminium et de nitrure de gallium (AlGaN), ou à partir d’un alliage de phosphures d’aluminium, d’indium et de gallium (AlInGaP). Chaque bâtonnet électroluminescent s’étend selon un axe d’allongement définissant sa hauteur, la base de chaque bâtonnet étant disposée dans un plan de la face supérieure du substrat.

Selon un autre mode de réalisation non représenté, la matrice monolithique peut comporter des éléments électroluminescents formés par des couches d’éléments électroluminescents épitaxiées, notamment une première couche en GaN dopée n et une seconde couche en GaN dopée p, sur un substrat unique, par exemple en carbure de silicium, et que l’on découpe (par meulage et/ou ablation) pour former une pluralité de pixels respectivement issus d’un même substrat. Il résulte d’une telle conception une pluralité de blocs électroluminescents tous issus d’un même substrat et connectés électriquement pour être activables sélectivement les uns des autres.

Dans un exemple de réalisation selon cet autre mode, le substrat de la matrice monolithique peut présenter une épaisseur comprise entre 100 µm et 800 µm, notamment égale à 200 µm ; chaque bloc peut présenter une longueur et une largeur, chacune étant comprise entre 50 µm et 500 µm, préférentiellement comprise entre 100 µm et 200 µm. Dans une variante, la longueur et la largeur sont égales. La hauteur de chaque bloc est inférieure à 500 µm, préférentiellement inférieure à 300 µm. Enfin la surface de sortie de chaque bloc peut être faite via le substrat du côté opposé à l’épitaxie. La distance de séparation des pixels contigus peut être inférieure à 1 µm, notamment inférieure à 500 µm, et elle est préférentiellement inférieure à 200 µm.

Selon un autre mode de réalisation non représenté, aussi bien avec des bâtonnets électroluminescents s’étendant respectivement en saillie d’un même substrat, tels que décrits ci-dessus, qu’avec des blocs électroluminescents obtenus par découpage de couches électroluminescentes superposées sur un même substrat, la matrice monolithique peut comporter en outre une couche d’un matériau polymère dans laquelle les éléments électroluminescents sont au moins partiellement noyés. La couche peut ainsi s’étendre sur toute l’étendue du substrat ou seulement autour d’un groupe déterminé d’éléments électroluminescents. Le matériau polymère, qui peut notamment être à base de silicone, crée une couche protectrice qui permet de protéger les éléments électroluminescents sans gêner la diffusion des rayons lumineux. En outre, il est possible d’intégrer dans cette couche de matériau polymère des moyens de conversion de longueur d’onde, et par exemple des luminophores, aptes à absorber au moins une partie des rayons émis par l’un des éléments et à convertir au moins une partie de ladite lumière d’excitation absorbée en une lumière d’émission ayant une longueur d’onde différente de celle de la lumière d’excitation. On pourra prévoir indifféremment que les luminophores sont noyés dans la masse du matériau polymère, ou bien qu’ils sont disposés en surface de la couche de ce matériau polymère. On pourra aussi déposer sous vide les phosphores sur les puces semi-conductrices, sans la couche polymère. La source de lumière peut comporter en outre un revêtement de matériau réfléchissant pour dévier les rayons lumineux vers les surfaces de sortie de la source pixélisée.

Les éléments électroluminescents de dimensions submillimétriques définissent dans un plan, sensiblement parallèle au substrat, une surface de sortie déterminée. On comprend que la forme de cette surface de sortie est définie en fonction du nombre et de l’agencement des éléments électroluminescents qui la composent. On peut ainsi définir une forme sensiblement rectangulaire de la surface d’émission, étant entendu que celle-ci peut varier et prendre n’importe quelle forme sans sortir du contexte de l’invention.

Il n’est pas exclu que les éléments émissifs activables sélectivement soient des sources lumineuses secondaires.

La figure 1 montre un exemple de projection obtenue grâce à l’invention. Dans le cas illustré, il s’agit d’une projection d’un damier (1 pixel sur 4 est allumé: 1 sur deux dans chaque rangée allumée et une rangée sur deux allumée, une rangée allumée étant décalée d’un pixel horizontalement par rapport aux rangées allumées immédiatement voisines, de sorte qu’un pixel sur quatre est allumé dans chaque colonne) dans un plan perpendiculaire à l’axe optique, à distance prédéterminée du dispositif optique, ici à 25 m. Le faisceau résultant de la projection est segmenté en ce sens que, dans le plan de projection, il est formé d’une pluralité d’images chacune issue de la lumière d’un élément émissif. La référence S montre l’une de ces images.

La projection obtenue dispose d’une répartition d’images correspondant à celle des pixels de la source. Dans cet exemple, le contour est sensiblement rectangulaire, s’agissant d’une source présentant également une forme rectangulaire. La dimension longue est de préférence orientée horizontalement. La hauteur des images correspond à la verticale. Le ratio entre ces deux dimensions peut être de l’ordre de 3, par exemple 3.15; il peut être issu du ratio de deux blocs de Leds juxtaposés ayant par exemple chacun un ratio de 1.6.

Cette projection est centrée sur l’axe optique du dispositif, dont l’intersection avec le plan de projection est représentée par le point O.

Suivant une possibilité, le secteur angulaire couvert par le champ de vision du faisceau produit est supérieur à 25°, voire supérieur ou égal à 30°.

On note immédiatement une luminosité plus forte des images à proximité du point O, et une décroissance de cette luminosité à mesure que l’on s’éloigne de ce dernier. Dans le même temps, le contour des images est plus réduit à proximité du point O et s’agrandit, en étant moins net, vers l’extérieur.

À titre d’exemple, la matrice de pixels de la source 1 peut présenter une forme rectangulaire ayant un rapport de forme d’au moins 3 entre sa dimension la plus grande et sa dimension la plus petite. Dans cette disposition allongée, astucieusement disposée suivant la direction horizontale, l’effet de distorsion sera accentué suivant cette direction horizontale, et de moindre importance, voire négligeable, dans l’autre direction, verticale. Le repère fourni à la figure 1 présente la dimension en largeur des images sous la lettre « l » et la dimension en hauteur des images sous la lettre « h ».

La figure 2 montre l’évolution de la dimension (donnée en mm) en largeur des images des pixels activés (ici un sur deux dans l’exemple donné d’un damier comme en figure 1) et de leur intensité lumineuse, à mesure que l’on s’éloigne du point O horizontalement vers la droite dans cette illustration. On notera que les images sont plus étroites à l’origine des abscisses et que la largeur augmente progressivement. Dans le même temps, l’intensité lumineuse (donnée suivant une échelle arbitraire en ordonnée) décroît, révélant l’étalement de la lumière sur une plus grande surface d’image.

Dans le but d’utiliser des sources conventionnelles, il est avantageux que les éléments émissifs présentent tous une même forme et de mêmes dimensions, en hauteur et en largeur. Cependant, ce choix n’est pas limitatif. En particulier, pour compenser au moins en partie les effets de la distorsion suivant la direction verticale, on peut réduire progressivement la dimension en hauteur des éléments émissifs à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique. Cette réduction dimensionnelle peut suivre une fonction équivalente, mais inverse, à celle de la fonction de distorsion produite par le dispositif optique.

De préférence, le dispositif optique permet de régler la fonction de croissance de la dimension des images pour obtenir la modulation d’intensité lumineuse souhaitée et le champ visuel requis.

Un mode de réalisation du système de projection est fourni en référence aux figures 3A et 3B. La figure 3A montre de droite à gauche une source lumineuse 1 qui peut être du type évoqué précédemment, en particulier sous la forme d’une matrice d’éléments émissifs, une première unité optique, dite unité d’entrée 2 et une deuxième unité, dite unité de sortie 3.
La source 1 est avantageusement centrée sur l’axe optique du dispositif optique.

On comprend que l’unité 2 est configurée pour recevoir de la lumière depuis la source 1 par sa face d’entrée 21. La lumière sortant de l’unité 2 entre dans l’unité 3, de préférence directement. Elle en ressort par la face de sortie de l’unité 3 en vue d’être projetée, de préférence directement, dans l’espace environnant le véhicule.

Dans un mode de réalisation préféré, l’unité d’entrée 2 comprend, et de préférence consiste en, une lentille. Avantageusement, c’est cette partie qui fournit la distorsion. Dans le cas illustré, il s’agit d’une lentille ménisque, présentant une face d’entrée 21 avec une portion concave. Éventuellement, la face d’entrée peut-être entièrement plane. La face opposée, formant le dioptre de sortie, est convexe et présente une courbure élevée, ce qui induit une distorsion, notamment par la forte inclinaison par rapport à la normale à la surface de certains rayons en incidence sur le dioptre de sortie, notamment vers la périphérie de la surface optiquement utile de la lentille. Il peut s’agir d’une face sphérique, ce qui évite de recourir à des formes complexes donc coûteuses.

Avantageusement, le rapport entre le rayon de courbure de la face de sortie et l’ouverture utile (encore appelée en anglais clear aperture) de cette dernière (rayon de la section transversale de la base de la face de sortie) est inférieur à 1,175. Typiquement, on peut choisir un rayon de lentille et un rayon de courbure du dioptre de sortie de dimensions très proches, ce qui assure un rayon de courbure le plus grand possible.

Avantageusement, c’est ce dioptre qui dispose de la plus grande courbure dans l’ensemble du dispositif optique. De préférence, cette courbure est au moins 1,25 fois plus grande que toutes les autres courbures du dispositif optique.

Il est souhaitable d’utiliser un matériau à fort indice pour la lentille de l’unité 2. De préférence, l’indice de réfraction sera supérieur à 1,7. Le nombre d’Abbe est de préférence choisi dans la gamme comprise entre 40 et 55. Notamment, les verres de la société Schott® AG portant les références LAK10, LAK21 et LAK43 ou les verres indiqués comme équivalents à ceux-ci chez d’autres verriers donnent satisfaction.

La figure 3A fournit ensuite un exemple de réalisation de l’unité de sortie 3. Il est souhaitable que la puissance optique de cette unité soit inférieure à la puissance optique de l’unité 2, avec une distance focale plus grande que pour l’unité 2. Avantageusement, le ratio entre la puissance optique de l’unité d’entrée 2 et l’unité de sortie 3 est supérieur à 1,6 et/ou inférieur à 2,2. Il est par ailleurs avantageux que le chromatisme de l’unité 3 soit inversé (la position relative des foyers correspondant à la pluralité de longueurs d’onde de la lumière est inverse à celui du cas d’une lentille réfractive convergente). C'est éventuellement le cas pour les deux unités 2 et 3 du système de la fig. 3A. Une description simple de cette inversion de chromatisme revient à dire que pour l’unité 3 par exemple, le foyer «rouge» est plus proche de la lentille 31 que le foyer «bleu» et que le foyer «vert» est situé entre les deux.

Dans le cas de la figure 3A, cette unité 3 comporte trois lentilles se succédant suivant le chemin des rayons. En remontant le chemin des rayons : la troisième lentille 33 y est de forme convexe plan, mais elle pourrait aussi être par exemple biconvexe. Elle peut être formée à partir de verre Crown. Elle est suivie par une lentille 32 biconcave de préférence en verre Flint ou en polycarbonate. Éventuellement, un dispositif d’arrêt, limitant l’ouverture utile de la lentille 32, peut être positionné sur sa face d’entrée, celle dirigée vers la source lumineuse 1. Ensuite, une lentille 31 est dans l’exemple de forme biconvexe ; elle peut être en verre Crown.

On notera qu’il est avantageux d’alterner des verres de type Flint et des verres de type Crown dans ce cas, comme dans les modes de réalisation qui suivent.

La figure 3B fournit un exemple de chemins de rayons lumineux suivant ce mode de réalisation, depuis différents pixels de la source 1.

Les figures 4A et 4B donnent une variante de la situation précédemment décrite. En effet, l’unité d’entrée 2 n’est pas modifiée dans sa forme générale mais l’unité de sortie 3 y comporte cette fois deux lentilles. La lentille 31 est une lentille convergente biconvexe, avantageusement en verre Crown à indice de réfraction élevé. On peut typiquement utiliser un verre ayant un indice de réfraction de 1,6 et un nombre d’Abbe de 60.

L’autre lentille 32 est une lentille ménisque divergente présentant également un indice de réfraction élevée, avantageusement en verre Flint. La face concave de la lentille 32 forme sa face d’entrée et est dirigée du côté de la source 1. On peut typiquement utiliser un matériau ayant un indice de réfraction de 1,95 avec un nombre d’Abbe de 20.

Le trajet des rayons correspondant est montré à la figure 4B.

Dans la situation représentée aux figures 5A et 5B, l’unité de sortie 3 comporte quatre lentilles. Ainsi, l’unité 3 y est organisée en deux paires de doublets. Une première paire comprend une lentille biconvexe 31 et une lentille plan concave 32, la concavité de cette lentille étant orientée vers la lentille 31. La deuxième paire de lentilles comprend successivement une lentille plan concave 33 et une lentille plan convexe 34, la concavité de la lentille 33 étant orientée vers la lentille 34. L’ensemble a typiquement la structure deux doublets de Fraunhofer placés dos à dos (la lentille convergente est en verre crown et la divergente en flint); cependant, les doublets ne sont pas ici corrigés du chromatisme comme de vrais doublets de Fraunhofer. On notera que dans cette situation, la lentille 2 se trouve à proximité immédiate de l’unité 3.

La figure 5B fournit un exemple de trajet de rayons pour cette configuration.

Une autre solution pour la deuxième unité optique 3 est l’utilisation d’un élément optique diffractif, par exemple sous forme d’un réseau blazé convergent, comme le montre la figure 6. En effet les éléments diffractifs convergents présentent un chromatisme axial inverse par rapport aux éléments réfractif convergents.

L’association d’une source lumineuse 1 décrite précédemment avec un dispositif optique comprenant les unités 2 et 3 fournit un faisceau résultant segmenté présentant la distorsion correspondant à la figure 1. De préférence, le système comprend en outre une unité de pilotage de l’activation sélective des éléments émissifs de lumière de manière différentielle, en prenant en compte la taille variable des images de ces éléments. On comprend que pour couvrir une surface de taille prédéterminée, il faudra plus de pixels au voisinage du centre correspondant au point O qu’en périphérie.

Éventuellement, le rapport de grandissement entre chaque image autour de l’axe optique et une image d’un élément émissif au niveau de l’axe optique peut être déterminé pour chaque élément émissif, de sorte à disposer d’une base de données servant au calcul permettant de rapprocher la surface d’une zone à éclairer ou à éteindre relativement au nombre (et à l’identité) des éléments émissifs nécessaires et suffisants pour couvrir cette zone. Le système peut comporter des moyens de traitement informatique, en particulier avec un processeur et une mémoire non volatile pour le stockage d’instructions de programme d’ordinateur permettant les opérations de détermination des éléments émissifs à activer et des éléments émissifs à désactiver selon le faisceau à former.

L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.

Claims

Système lumineux comprenant une source de lumière (1) pixelisée dotée d’une pluralité d’éléments émissifs activables sélectivement et ayant chacun une forme rectangulaire avec une dimension en hauteur et une dimension en largeur, la dimension en largeur étant identique pour tous les éléments émissifs, et un dispositif optique présentant un axe optique et configuré pour projeter une image (S) de chacun des éléments émissifs, caractérisé en ce que le dispositif optique est configuré pour que les images (S) présentent une dimension en largeur croissante de manière non linéaire à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique.
Système selon la revendication précédente, dans lequel la dérivée première d’une fonction de la dimension en largeur d’une image (S) par rapport à la position angulaire de l’image (S) suivant un axe parallèle à la dimension en largeur du champ éclairé total est égale à zéro au niveau de l’axe optique.
Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif optique est configuré pour que les images (S) présentent une dimension en largeur croissante d’une manière non linéaire à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique pour au moins un groupe périphérique des images (S).
Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif optique comprend une unité optique d’entrée (2) recevant de la lumière issue de la pluralité d’éléments émissifs et une unité optique de sortie (3) recevant de la lumière issue de l’unité optique d’entrée (2) et projetant les images(S) de chacun des éléments émissifs.
Système selon la revendication précédente, dans lequel l’unité optique d’entrée (2) comprend une lentille convergente qui présente sur sa face de sortie un ratio rayon de courbure/rayon d’ouverture utile inférieur à 1,175.
Système selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la lentille convergente est réalisée en un matériau ayant un indice de réfraction supérieur à 1,7.
Système selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l’unité optique de sortie (3) est convergente et présente un chromatisme inversé.
Système selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel la distance focale de l’unité optique de sortie (3) est plus grande que la distance focale de l’unité optique d’entrée (2).
Système selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel l’unité optique de sortie (3) comprend au moins deux lentilles.
Système selon l’une quelconque des revendications 4 et 8, dans lequel l’unité optique de sortie (3) comprend un élément optique diffractif.
Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pluralité d’éléments émissifs forme une matrice rectangulaire, la dimension longue de la matrice rectangulaire étant dirigée suivant la dimension en largeur.
Système selon la revendication précédente, dans lequel la dimension en largeur est dirigée suivant la ligne d’horizon.
Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments émissifs présentent une dimension en hauteur identique.
Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une unité de pilotage de l’activation de chacun des éléments émissifs, configurée pour produire au moins une zone sombre dans un faisceau projeté par désactivation d’un groupe d’éléments émissifs adjacents, l’unité de pilotage étant configurée pour déterminer le nombre d’éléments émissifs du groupe d’éléments émissifs adjacents correspondant à la zone sombre en fonction de la dimension en largeur des éléments émissifs.