POUR ECLAIRAGE DE ROUTE

L'invention est relative à un module de projecteur lumineux de véhicule automobile destiné à l'éclairage de route, ce module comportant un réflecteur concave, une source lumineuse disposée dans la concavité du réflecteur et une lentille réfractant directement les rayons lumineux réfléchis par le réflecteur.

L'évolution du style des véhicules conduit à des projecteurs ayant des boîtiers munis de glaces dont la surface admet une courbe gauche, variant selon trois dimensions, dénommée par la suite ligne moyenne ou médiane. Il est alors souhaitable, en particulier pour le style, que la lentille du projecteur, disposée dans le boîtier derrière une telle glace, suive autant que possible la courbe gauche de la glace.

La demande de brevet EP 1936260, de la société VALEO VISION, publiée le 25 Juin 2008, montre un procédé de fabrication de modules d'éclairage de ce type qui permettent, par juxtaposition des extrémités des lentilles de sortie, de réaliser un projecteur dont la surface d'ensemble de sortie, continue et lisse, suit une courbe gauche comme médiane ou ligne moyenne. En d'autres termes, la ligne moyenne des lentilles de ces projecteurs s'étend suivant trois dimensions.

Toutefois ce procédé de détermination de la forme des lentilles de sortie, qui forment une lentille d'ensemble pour le projecteur lorsqu'elles sont juxtaposées, est limité en ce qu'il impose que chaque lentille de sortie présente une même coupe selon le plan vertical.

Notamment une lentille générée selon ce procédé présente une forme de tore, avec une largeur supérieure à sa hauteur, qui peut être insatisfaisante pour certains styles de carrosserie.

En d'autres termes, la lentille d'ensemble ne suit pas complètement la courbe de style en l'absence d'une forme torsadée traduisant la variation de cette courbe de style selon les trois dimensions spatiales.

De plus les modules d'éclairage décrits dans la demande EP1936260 requièrent de nombreux éléments optiques, notamment des plieuses, qui rendent relativement coûteuses leurs fabrications.

Finalement un tel procédé est limité à la mise en œuvre de feux de code, générant un faisceau coupé horizontalement grâce à un système optique stigmatique.

La présente invention vise à pallier au moins un des problèmes mentionnés ci- dessus. C'est pourquoi l'invention concerne un module de projecteur lumineux pour véhicule automobile, ce module comprenant un réflecteur concave, une source lumineuse disposée dans la concavité du réflecteur et une lentille de sortie présentant une ligne médiane sur sa surface de sortie formant une courbe gauche, caractérisé en ce que la lentille de sortie et le réflecteur sont agencés de telle sorte qu'un faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur est directement réfracté par la lentille de sortie de façon à générer un faisceau lumineux d'éclairage de route

Grâce à l'invention, un module de projecteur lumineux peut être fabriqué avec un nombre limité d'éléments optiques, notamment réduit à une source lumineuse, un réflecteur et une lentille. Ainsi, le coût de fabrication d'un tel projecteur est réduit par rapport à un projecteur selon l'art antérieur qui requiert des éléments supplémentaires, comme des plieuses.

De plus l'invention permet de fabriquer des modules pourvus de lentilles de sortie qui suivent la forme d'une courbe gauche selon ses trois dimensions, contrairement à une lentille selon l'art antérieur qui était fabriquée par translation d'une même section verticale.

Dans une réalisation, le module est caractérisé en ce que la lentille de sortie et le réflecteur sont agencés de telle sorte que le faisceau lumineux directement réfracté par la lentille forme une surface d'onde cylindrique.

Selon une réalisation, le module est caractérisé en ce que la lentille de sortie et le réflecteur sont agencés de telle sorte que la position de l'axe de la surface d'onde cylindrique du faisceau lumineux directement réfracté détermine une hauteur et une ouverture dudit faisceau lumineux directement réfracté.

Selon une réalisation, le réflecteur et la lentille forment un système avec un foyer, le réflecteur étant agencé de manière à ce que pour tout point donné du réflecteur, le chemin optique jusqu'à l'axe de ladite surface d'onde cylindrique correspondant à un rayon issu dudit foyer passant par ce point donné du réflecteur puis émergeant en un point de la surface de sortie de la lentille, soit constant.

Dans une réalisation, le module est caractérisé en ce que le faisceau lumineux directement réfracté est un faisceau du type route, c'est-à-dire un faisceau destiné à éclairer la route.

Selon une réalisation, le module est caractérisé en ce que la lentille de sortie présente une section verticale variable le long de la courbe gauche.

Dans une réalisation, le module est caractérisé en ce que la lentille de sortie présente des sections identiques dans différents plans de construction définis de telle sorte que chaque plan de construction, comprenant un point M de la courbe gauche, est perpendiculaire à un vecteur tangent à ladite courbe gauche.

Selon une réalisation, le module est caractérisé en ce que le réflecteur et la source lumineuse sont agencés de telle sorte qu'un faisceau de lumière issu de la source lumineuse est directement réfléchi par le réflecteur vers la lentille.

L'invention concerne également une lentille optique élémentaire apte à être utilisée comme lentille de sortie d'un module selon l'une des réalisations précédentes, ladite lentille comprenant une surface de sortie suivant une médiane gauche, des coupes de la lentille en plusieurs points de cette médiane gauche selon des plans perpendiculaires à la médiane gauche étant superposables par mouvement de translation et/ou de rotation sans déformation.

Dans une réalisation, la lentille optique élémentaire est caractérisée en ce qu'elle forme un système optique stigmatique dans les différents plans perpendiculaires à la médiane gauche.

Selon une réalisation, la lentille optique élémentaire est caractérisée en ce qu'elle présente une surface d'entrée sphérique de rayon constant dans les différents plans perpendiculaires à la médiane gauche.

L'invention concerne également un module selon l'une des réalisations précédentes caractérisé en ce que la lentille de sortie est une lentille optique élémentaire selon l'une des réalisations précédentes.

Ainsi, le faisceau issu d'un module conforme à l'invention peut être utilisé comme faisceau route, c'est-à-dire un faisceau destiné à éclairer la voie d'un véhicule.

L'invention concerne également une lentille optique à portions formées par plusieurs lentilles optiques élémentaires conformes à l'une des réalisations précédentes. Une telle lentille d'ensemble, formée par des lentilles de sorties selon l'invention, suit de plus près les formes souhaitées par les stylistes et présente une forme torsadée proche de la forme gauche de la courbe de style.

Dans une réalisation, la lentille optique à portions comprend une face de sortie d'ensemble:

- formée par des faces de sortie de différentes lentilles optiques élémentaires;

- comprenant une courbe médiane d'ensemble formée par les courbes médianes des différentes lentilles élémentaires.

Selon une réalisation, la lentille optique à portions présente une surface de sortie d'ensemble est continue et lisse.

D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'une réalisation de l'invention effectuée ci-dessous, à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures ci-jointes sur lesquelles:

- La figure 1 est une vue schématique de face de bord extérieur avant gauche d'un véhicule muni d'un projecteur lumineux selon l'invention,

- la figure 2 est une vue en perspective du système optique mis en œuvre par le projecteur lumineux de la figure 1 ,

- Les figures 3 à 7 sont des diagrammes représentatifs de relations géométriques à la surface d'une lentille ou d'un réflecteur en cours de conception selon l'invention, et

- les figures 8 à 1 1 sont des diagrammes représentant des courbes Isolux obtenues à partir d'un projecteur conforme à une réalisation de l'invention. Dans la description ci-dessous, les éléments identiques ou effectuant une fonction similaire portent la même référence sur les différentes figures.

En référence à la figure 1 , l'extrémité avant gauche d'un véhicule 100 muni d'un projecteur lumineux 102 selon l'invention présente une lentille 104 d'ensemble dont la forme suit une courbe gauche 106, c'est-à-dire une courbe variant selon ses trois dimensions par rapport à un repère (O, x, y, z) fixe par rapport au véhicule, notamment définissant la verticale (Oz).

Cette courbe gauche 106 est sensiblement parallèle à une courbe de style 108 de la glace du projecteur afin d'être cohérente avec un style de la carrosserie du véhicule. En référence à la figure 2, le projecteur 102 est composé de trois modules 210 juxtaposés, étant entendu qu'un projecteur 102 conforme à l'invention ne se limite pas à ce nombre de module juxtaposés. En d'autres termes, un projecteur conforme à l'invention peut être formé par n modules 210, n étant typiquement compris entre 1 et 10 et en particulier entre 2 et 4.

Chaque module 210 comprend une source lumineuse 212 formée par au moins une diode électroluminescente destinée à éclairer vers un réflecteur 214 afin que ce dernier réfléchisse des rayons lumineux issus de cette source 212 vers une lentille de sortie 216.

La lentille et le réflecteur sont agencés de telle sorte qu'un faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur est directement réfracté par la lentille, c'est-à-dire sans être modifié par un élément optique tiers. Ainsi, le nombre d'éléments optiques devant équiper le projecteur 102 est limité à la source lumineuse, au réflecteur et à la lentille.

Les lentilles de sortie 216 de sortie sont juxtaposées de façon à former la lentille d'ensemble 104 présentant une surface de sortie, continue et lisse, apte à générer le faisceau de route. A cet effet, la conception de chaque module 210 comprend deux premières étapes successives à l'aide d'un repère locale imposé par la courbe gauche 106, à savoir:

- une première étape de conception de chaque lentille de sortie 216, et

- une deuxième étape de conception du réflecteur 214 à partir de la lentille de sortie 216 obtenue à la première étape.

Ces deux étapes sont détaillées ci-dessous à l'aide des expressions « avant » ou « amont et « arrière » ou « aval », qui sont à comprendre suivant le sens de propagation du faisceau de lumière émis par la source lumineuse 212, réfléchi par le réflecteur 214 puis réfracté par la lentille de sortie 216. De plus, dans ces deux étapes, la courbe gauche 106 de la lentille, qui correspond à une ligne médiane de la surface de sortie de la lentille d'ensemble 104, est modélisée par une fonction M(u) telle que les coordonnées d'un point M de la courbe gauche 106 dans le repère (O, x, y, z) fixe vis-à-vis du véhicule 100 est :

Où u est un paramètre pris dans un intervalle quelconque et M(u) est une fonction doublement dérivable.

De fait les dérivées première et seconde de la fonction M(u) sont requises pour construire le repère local orthonormé, dont l'orientation en un point M suit les variations de la courbe gauche en ce point M, mis en œuvre pour la conception de la lentille.

Ainsi la détermination de la forme de la lentille dans le repère local prend en compte les variations de la courbe gauche dans les trois dimensions en chaque point M(u). Ces dérivées première ou seconde s'écrivent, par exemple pour les coordonnées horizontales XM(U) selon l'axe x, X'M(U) OU X"M(U) avec :

En l'absence d'une fonction connue M(u) pour définir une courbe gauche, cette fonction M(u) peut être obtenue en modélisant la courbe gauche par une fonction polynomiale, par exemple selon des courbes de Bézier, à l'aide d'une pluralité de points M dont les coordonnées sont relevées empiriquement.

Première étape relative à la conception de la lentille:

Pour une valeur donnée du paramètre u et, de façon corollaire, pour un point M, on détermine un repère local et les bords de la lentille 216 de sortie à l'aide d'un vecteur tangent à la courbe gauche M(u) en ce point M tel que:

De telle sorte que ses coordonnées s'écrivent:

A partir d'un tel vecteur tangent il est possible de déterminer le repère orthonormé

local, situé en M(u), comprenant ledit vecteur tangent et des vecteurs tels

que:

- le vecteur définit le premier axe du repère local selon le produit vectoriel suivant:

De telle sorte que ses coordonnées s'écrivent:

Le vecteur est perpendiculaire, d'une part, à l'axe verticale z du repère fixe et, d'autre part, au vecteur tangent

- le vecteur définit le deuxième axe du repère local selon le produit vectoriel suivant :

De telle sorte que ses coordonnées s'écrivent:

Dans le repère local , la lentille de sortie 216 est alors définie comme

une lentille stigmatique d'axe optique , présentant une surface d'entrée sphérique

de rayon f?,, de sommet M(u), d'épaisseur au centre E, de tirage T et de matériau d'indice n, ces paramètres Ri, E, n, et T étant indépendants de u.

Le calcul de la forme de la lentille est alors effectué en fonction d'un paramètre permettant de balayer la surface de la lentille, comme la hauteur d'impact h sur la face d'entrée.

En référence à la figure 3 et en considérant un rayon issu du foyer F, ces conditions et les relations géométriques entre les faisceaux incident(s), réfracté(s) ou réfléchi(s) se traduisent par les égalités suivantes :

En considérant la longueur d'un rayon réfléchi dans la lentille comme un paramètre de calcul, il apparaît qu'un déplacement dh selon l'axe défini par le vecteur V ou dx selon l'axe défini par le vecteur se traduit par : En écrivant l'égalité de deux chemins optiques entre deux faisceaux :

Où dist(P,(M,V)) est la distance du point P à une droite passant par le point M et colinéaire au vecteur , on obtient alors une équation paramétrique en (u,h) des faces d'entrée et de sortie de la lentille :

D'où :

A partir de cette dernière équation, il est possible de définir l, puis dh et dx, en fonction de h et de E. Dès lors, les coordonnées d'un point P de la lentille, et par conséquent le profil de cette dernière, sont obtenues par l'équation suivante :

Deuxième étape relative à la conception du réflecteur:

Dans l'hypothèse d'une source ponctuelle placée au point F, le faisceau émergeant du système optique formé par le réflecteur et la lentille présente la forme d'une surface d'onde cylindrique d'axe vertical C(z) dont les coordonnées sont:

Une modification de la position de cet axe C(z) par rapport à la surface de sortie de la lentille permet de modifier l'étalement, ou l'ouverture, du faisceau et sa direction horizontale moyenne.

A titre d'exemple les figures 8, 9 et 10 représentent des courbes Isolux représentant la répartition spatiale des niveaux d'intensité lumineuse d'un faisceau généré par différents modules présentant différentes ouvertures et directions horizontales moyennes ainsi obtenues.

Grâce à de tels modules, il est alors possible d'obtenir un faisceau de route combinant les propriétés de ces différents modules à partir d'un projecteur formé par ces trois modules (figure 1 1 ).

Pour déterminer un module, on considère deux points LP1 et LP2 de la courbe gauche délimitant la lentille 216 comme montré sur la figure 6. Pour une direction moyenne H _de v et une ouverture horizontale H _ouv du faisceau, il apparaît que :

Où LP ₀ est défini comme le milieu du segment [LP1 ; LP2], ce segment modélisant la courbe gauche pour le calcul.

Lorsque la direction H _de v et l'ouverture horizontale H _ouv sont fixées, la position de l'axe C(z) est donc déterminée et la forme du réflecteur peut être également fixée. On considère alors le chemin inverse du faisceau émis représenté par un rayon normal à la surface d'onde de sortie qui rencontre la face de sortie de la lentille au point P(u,h) (figure 7).

Dans ce cas, les coordonnées du vecteur sont :

La fonction signe intervient car, en fonction de la position de l'axe C(z) en

avant/amont de la lentille, les rayons de construction considérés divergent depuis ou convergent vers l'axe du cylindre de la surface d'onde (pour les rayons réels, respectivement convergent ou divergent).

Le produit vectoriel des vecteurs dérivés du point P(u,h) par rapport à u et par rapport à h génère un vecteur orthogonal à la surface de la lentille:

Ce vecteur normal peut être calculé en utilisant les propriétés de la section de la lentille et les fonctions . En référence à la figure 4, il apparaît

ainsi que :

d'où:

Cette équation permet donc de déterminer l'angle η en fonction de la hauteur h. On peut alors calculer les vecteurs dérivés de la courbe gauche P(u,h) par rapport à u et par rapport à h, notamment en considérant l'angle Θ défini comme :

II vient alors:

Cette équation pouvant être développée à l'aide des vecteurs en considérant l'écriture de leurs dérivés selon les formules suivantes:

A partir des lois de Descartes, il est alors possible de déterminer la direction, selon un vecteur μ , du rayon réfracté en P à partir d'un rayon incident dont la direction est donnée par le vecteur j précédemment déterminé.

L'intersection du rayon réfracté (P, μ ) avec la face d'entrée de la lentille est alors déterminée en deux étapes au moyen des coordonnées de μ établies dans le repère local. Plus précisément:

De telle sorte que:

Dans un premier temps, on considère l'intersection recherchée comme un point i(u',h') situé à une distance λ de P, dans le plan perpendiculaire à la courbe de style en M(u'), ce qui permet d'établir une fonction

De telle sorte que

Pour un point u correspondant à la section de la face d'entrée contenant i(u',h'), le vecteur (MI) est perpendiculaire à la courbe gauche de telle sorte que :

et que

c'est à dire

Ce qui permet de déterminer le paramètre

Dans un deuxième temps, dans le repère de construction en u', on considère que appartient au cercle de rayon R, et de centre situé en E-R, sur l'axe , ce qui permet de déterminer successivement

Dans le repère local, les coordonnées de sont: Dès lors, l'appartenance de au cercle indiqué se traduit par l'équation suivante:

La résolution de cette équation permet de définir le paramètre u de l'interface I tandis que le paramètre h est donné par:

La valeur de u est déterminée telle que :

Or D'où

Un cas particulier se présente lorsque le rayon réfracté est dans le plan en construction en u, ce qui se traduit par:

(I étant dans le plan de construction de P.

On détermine alors à partir de l'équation :

Détermination de la face d'entrée de la lentille :

Si l(u,h) est un point de la face d'entrée de la lentille, le produit vectoriel entre les dérivée du vecteur par rapport à u et h génère un vecteur normal à la surface d'entrée de la lentille en En référence à la figure 5, on peut alors s'écrire:

On peut donc écrire que est la tangente, en I du plan contenant M et

perpendiculaire à ce qui se traduit par:

A partir de cette équation du vecteur normale et du résultat précédent, il est possible de propager le rayon à travers la lentille selon les lois de Descartes (figure 7) et obtenir le rayon inverse émergeant de la lentille en direction du

réflecteur.

En nommant S le point d'intersection de avec le réflecteur et d la distance

de S à i(u',h'), il apparaît que la constance du chemin optique K, indépendant de (u,h) pour le trajet de F à l'axe de la surface d'onde de sortie en passant par S, i(u',h') et P, permet d'établir d en fonction de u, h et K et donc finalement S(u,h,K). Plus précisément :

Soit F un point foyer du système, il apparaît alors que :

D'où

Et, si on pose :

Et

Cette dernière équation permettant d'obtenir d et S.

Dans certains cas, ε n'existe pas suite à une réflexion interne totale. Dans ce cas, est néanmoins possible de calculer un rayon émergeant hypothétique, suivant la direction limite, afin de compléter le maillage du réflecteur et de pouvoir l'importer plus facilement en conception assistée par ordinateur (CAO).

En d'autres termes, on utilise un rayon ε perpendiculaire à et contenu dans le

plan de telle sorte que ce rayon est colinéaire au vecteur issu du

produit vectoriel:

On peut déterminer K et obtenir une équation paramétrique du réflecteur S(u,h) en écrivant que est une pseudo focale pour le réflecteur

La présente invention est susceptible de nombreuses variantes, par exemple relatives à la source lumineuse et à sa direction d'éclairage. Dans cette description, on considère en effet que l'encombrement du boîtier du projecteur 102 est limité en raison d'impératifs de construction automobile. Il en résulte que la source lumineuse est relativement proche de la glace qui risque d'être soumise à un échauffement trop important, notamment avec une glace en matière plastique transparente et une source lumineuse du type lampe halogène. Pour éviter de telles difficultés, la source lumineuse est une diode électroluminescente mais d'autres sources de lumières pourraient être mises en œuvre.

De plus on peut considérer dans une réalisation que la source lumineuse rayonne vers un réflecteur situé dans un plan inférieur à la source mais, dans d'autres variantes, le réflecteur peut être situé à des positions distinctes vis-à-vis de la source. Notamment, la méthode de construction indiquée précédemment enseigne que la position relative de la source et du réflecteur dépendent de la position du foyer F par rapport à la lentille. Par exemple, si le foyer F est situé au dessus de la lentille en vue de face, le réflecteur se trouve en dessous du foyer F tandis que, si le foyer F est situé en dessous de la lentille en vue de face, le réflecteur se trouve au-dessus de F.

La figure 12, représente la lentille d'ensemble 104 de la figure 2, vue d'un autre angle. On observe que cette lentille 104 a une forme courbée selon différentes courbures. Sa forme suit une courbe gauche 106. Derrière elle, se situe un ensemble de trois réflecteurs 214 associés à 3 DEL 212. Sur cette figure sont représentées deux sections identiques 104a et 104b (pointillés alternant un trait court et un trait long). Il s'agit de sections identiques dans différents plans de construction définis de telle sorte que chaque plan de construction, comprenant un point M de la courbe gauche 106, est perpendiculaire à un vecteur tangent à ladite courbe gauche

106, comme définit précédemment, notamment pour la figure 2.