Projecteur du genre elliptique pour véhicule automobile

Abstract

 Un projecteur de véhicule automobile comprend une source (10), un miroir (20) du genre elliptique au voisinage d'un premier foyer duquel est située la source lumineuse, une lentille (40) en avant du miroir et une glace (50) en avant de la lentille.
Le miroir comporte selon l'invention, dans au moins une zone (22a, 22b), une surface réfléchissante dont chaque tranche horizontale réfléchit le rayonnement vers une multitude de points de convergence horizontale (Fc) situés en des positions horizontales (h(y_c)) qui varient en fonction de l'écartement (y_c) du lieu de réflexion considéré par rapport à l'axe optique, et dont chaque tranche verticale réfléchit le rayonnement issu de la source vers des points de convergence verticale situés à proximité dudit plan focal. La glace (50) est essentiellement lisse ou faiblement déviatrice en direction horizontale.

Description

[0001] La présente invention concerne d'une façon générale les projecteurs du genre elliptique pour véhicules automobiles.

[0002] On entend par projecteur elliptique un projecteur comportant une source lumineuse, un miroir capable de concentrer la lumière issue de la source vers une région de concentration située en avant de la source, une lentille placée en avant du miroir de telle sorte que son plan focal soit voisin de la région de concentration, et une glace de fermeture.

[0003] Dans le cas où le faisceau à former doit présenter une coupure, on prévoit également dans le plan focal de la lentille un masque dont un bord définit ladite coupure.

[0004] Classiquement, le miroir est purement ellipsoïdal, avec la source disposée sur son premier foyer, auquel cas on assiste à une concentration du rayonnement selon un motif essentiellement circulaire autour du second foyer, par lequel passe le plan focal de la lentille.

[0005] Cette solution de base est cependant désavantageuse à plusieurs égards. Tout d'abord, lorsqu'un masque est prévu une partie très importante de la lumière concentrée est occultée par ce dernier, avec en conséquence un rendement lumineux pauvre.

[0006] Ensuite, étant donné que le rayonnement concentré au plan focal de la lentille présente une largeur limitée, il est nécessaire de prévoir des aménagements destinés à assurer un étalement du faisceau pour qu'il présente la largeur requise, imposée notamment par les règlements.

[0007] Des aménagements d'étalement prévus sur la glace ne sont généralement pas souhaitables dans le cas d'un projecteur elliptique, qui projette une image bien définie, car ils détériorent considérablement cette image. En outre, ces aménagements augmentent le coût de revient du projecteur et sont à l'origine de défauts optiques encore plus importants lorsque la glace présente une inclinaison importante.

[0008] On connaît déjà un certain nombre de solutions à ce problème.

[0009] En particulier, le document FR-A-2 516 203 décrit un projecteur du type indiqué ci-dessus, dans lequel on prévoit sur le miroir des zones qui ne sont pas réfléchissantes, spécifiquement positionnées de manière à diminuer la proportion d'images verticales du filament dans le faisceau formé. On obtient ainsi au niveau du plan focal de la lentille une tache lumineuse plus plate, facilitant le travail de correction devant être effectué par la glace. Cependant, le rendement lumineux du projecteur est encore diminué, et la largeur du faisceau avant la glace reste limitée.

[0010] On connaît également par le document FR-A-2 554 546 un projecteur du même type, dans lequel le miroir est une sorte d'ellipsoïde aplati, s'appuyant verticalement sur une ellipse dont un foyer intérieur est sur la source et dont un foyer extérieur est au voisinage du plan focal de la lentille, et s'appuyant horizontalement sur une ellipse différente, dont le foyer intérieur est également sur la source mais dont le foyer extérieur est situé en avant du plan focal précité.

[0011] De la sorte, on assure au niveau du plan focal et du masque un pré-étalement horizontal de la lumière, qui continue cenpendant à converger fortement dans la région du plan focal.

[0012] Cette solution connue est cependant limitée en ce que la répartition horizontale de la concentration de lumière au niveau du masque, ou plus généralement du plan focal de la lentille, est entièrement figée. En conséquence, si l'on souhaite par exemple produire un faisceau de croisement présentant, sensiblement selon l'axe optique, une zone de forte concentration, un travail de correction important, par ailleurs très difficile à réaliser, reste demandé au niveau de la glace, ce qui est désavantageux comme on l'a vu plus haut.

[0013] On connaît par ailleurs par le document EP-A-0 254 746, qui correspond au préambule de la revendication 1, un projecteur de type elliptique dans lequel le miroir est conformé de manière à donner à la tache lumineuse produite à son deuxième former une certaine largeur. Cependant, la solution technique enseignée par ce document consiste à concevoir le miroir facette par facette, ce qui est à la fois coûteux et délicat. En particulier, la réalisation du moule destiné à la fabrication du miroir est complexe et demande une technique d'usinage très élaborée. En outre du fait des ruptures de pente entre les facettes, le faisceau risque de présenter des ruptures de pente.

[0014] On connaît enfin par le document EP-A-0 153 485 un projecteur dans leque on a également cherché à réaliser une tache lumineuse large au niveau du second foyer d'un miroir du genre elliptique. Mais là encore, le miroir est conçu de façon discrète, bande par bande, avec en conséquence les mêmes inconvénients.

[0015] L'invention vise à pallier ces inconvénients de la technique antérieure, et à proposer un projecteur de véhicule automobile de type elliptique dans lequel un faisceau large puisse être obtenu avec un miroir de forme généralement lisse et sans rupture de pente. Elle propose à cet effet un projecteur tel que défini dans la revendication 1.

[0016] Des aspects préférés de ce projecteur sont définis dans les sous-revendications.

[0017] D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 est une vue en coupe horizontale axiale schématique d'un projecteur de croisement pourvu d'un miroir du genre elliptique et de tracés de rayons lumineux illustrant le principe de la présente invention,

la figure 2 est une vue en projection sur un plan vertical d'une section verticale désaxée du projecteur de la figure 1 et de tracés de rayons associés,

les figures 3a et 3b illustrent respectivement, par des ensembles de courbes isolux, la répartition de la lumière dans le plan du masque avec un miroir ellipsoïdal traditionnel et avec un miroir selon la présente invention, respectivement,

la figure 4 illustre l'image obtenue sur un écran de projection avec le projecteur des figures 1 et 2, équipé d'une glace lisse,

la figure 5 est une vue en coupe horizontale axiale d'un miroir du genre elliptique selon une variante de réalisation de la présente invention,

la figure 5bis est une vue à échelle agrandie d'une partie de la figure 5, et

la figure 6 illustre l'image obtenue sur un écran de projection avec le projecteur de la figure 5, équipé d'une glace lisse.

[0018] En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, on a représenté un projecteur qui comprend une source lumineuse 10 de petites dimensions, telle que le filament d'une lampe à incandescence ou l'arc d'une lampe à décharge, un miroir 20 de récupération et de concentration du flux lumineux émis par la source, un masque 30 placé dans une position bien déterminée en avant du miroir 20 et destiné à former, par occultation d'une partie du rayonnement incident, une image lumineuse de forme et de répartition lumineuse déterminées convenant à un faisceau de croisement, une lentille convergente 40, par exemple une lentille plan-convexe, dont le plan focal est situé au niveau du masque 30, et enfin une glace de fermeture 50 de préférence lisse ou faiblement déviatrice.

[0019] Lorsque, selon la technique antérieure, le miroir 20 est du genre ellipsoïdal avec deux foyers situés sur son axe, la source 10 est placée au voisinage du premier foyer tandis que le masque 30 est placé au voisinage du second foyer, où converge la lumière renvoyée par le miroir.

[0020] Selon la présente invention, le miroir comporte au moins une zone telle que le point de convergence du rayonnement, en projection dans un plan horizontal, c'est-à-dire le point qui correspond au deuxième foyer d'un ellipsoïde, varie à mesure que l'on s'écarte latéralement de l'axe optique du miroir.

[0021] La figure 1 montre que le miroir 20 possède une zone centrale ou zone de fond 21 qui est caractérisée optiquement par un premier foyer FR, sur lequel la source 10 est placée, et par un second foyer FS, fixe, vers lequel l'ensemble du rayonnement réfléchi par cette zone 21 converge. Ce foyer FS est situé dans le plan du masque 30 et de préférence au voisinage d'une arête 31 dudit masque elle-même destinée à définir une coupure du faisceau engendré.

[0022] En section verticale, cette zone 21 possède un comportement semblable, avec les mêmes foyers FR et FS. Cette zone 21 peut donc être constituée par une portion d'ellipsoïde de révolution de foyers FR et FS.

[0023] Cette zone 21 a pour objet de créer au niveau du plan focal de la lentille 40 une tache centrale relativement concentrée.

[0024] Le miroir 20 comporte également deux zones latérales 22a et 22b réalisées selon la présente invention.

[0025] Comme on l'observe sur la figure 1, les limites intérieures des deux zones 22a et 22b se trouvent à une cote latérale y = +y_min ou y = -y_min respectivement, la largeur de la zone centrale 21 étant égale à 2.y_min.

[0026] Bien entendu, on pourra prévoir dans une variante non illustrée deux valeurs limites différentes à gauche et à droite, notées +y_min1 et -y_min2.

[0027] On va maintenant décrire le comportement optique de la zone latérale 22a située du côté des y positifs. A la cote y_min, le rayonnement issu de la source 10 converge vers le foyer FS mentionné plus haut. Mais à mesure que l'on s'éloigne de ymin dans le sens des y positifs (vers le bas sur la figure 1), on constate que le point de convergence, sur l'axe optique Ox passant par les foyers FR et FS, s'éloigne progressivement du point FS vers l'avant du projecteur. On note Fc le foyer horizontal courant à la cote y_c.

[0028] La zone 22a s'étend latéralement jusqu'à une limite notée y_max. A cette cote, le foyer horizontal courant Fc atteint une position extrême avant sur l'axe Ox, notée FT.

[0029] La relation entre la cote yc, variant entre y_min et y_max, et le foyer horizontal courant Fc peut être une relation monotone quelconque, par exemple une relation linéaire. Des relations non linéaires sont bien entendu envisageables.

[0030] En projection dans le plan vertical, la zone 22a se comporte différemment, c'est-à-dire que, quelle que soit la cote en y d'une tranche verticale du miroir, la convergence dans le plan vertical se produit de préférence sur la droite D parallèle à y'y et passant par le foyer FS ou au voisinage de cette droite. Ce comportement est illustré sur la figure 2.

[0031] La zone latérale opposée 22b se comporte en l'espèce symétriquement de la zone 22a par rapport à l'axe optique 0x, et ce comportement ne sera pas repris ici.

[0032] Ainsi l'on comprend que les zones latérales 22a et 22b du miroir coopèrent pour engendrer dans le plan focal de la lentille 40 une tache lumineuse qui est verticalement peu épaisse, dans la mesure où la convergence verticale s'effectue toujours au voisinage de la droite D susmentionnée. En théorie, pour un miroir optiquement parfait, cette épaisseur n'est fonction que des dimensions de la source 10.

[0033] On comprend également que, horizontalement, le décalage progressif des points de convergence Fc vers l'avant par rapport à FS donne à la tache lumineuse engendrée par les zones 22a, 22b une forme étalée latéralement.

[0034] Le miroir 20 selon l'invention permet donc d'engendrer au niveau du masque 30 une tache lumineuse dont une partie est une tache centrale concentrée, destinée à donner au faisceau projeté sa portée, et dont une autre partie est une tache large et peu épaisse, destinée à donner au faisceau sa largeur. On observe également que, dans la mesure où les zones 22a, 22b n'accroissent sensiblement pas la hauteur verticale de la tache par rapport au cas d'un ellipsoïde de révolution, le rendement lumineux n'est pas dégradé car on n'accroît sensiblement pas la proportion de lumière occultée par le masque 30.

[0035] On va maintenant définir mathématiquement un exemple de surface réfléchissante d'un miroir ayant les propriétés décrites ci-dessus.

[0036] La section horizontale axiale (z=0) de la surface est la suivante :


où

· x₀ et y₀ sont les coordonnées cartésiennes des points de la section de la surface dans le plan z=0,

· F_o est la cote selon Ox du foyer FR,

· G₀(|y₀|)=g₀ si |y₀|≦y_min et
G₀(|y₀|)=g₀+h(|y₀|) si y_min<|y₀|≦y_max

· g₀ est la cote selon Ox du foyer FS

· h(|y₀|) est une fonction monotone, en l'espèce croissante, telle que

· e est l'écart positif sur l'axe Ox entre les positions des foyers FS et FT.

[0037] L'équation de la surface réfléchissante en coordonnées cartésiennes dans le repère (0,x,y,z) tel qu'illustré sur les figures 1 et 2 peut s'exprimer comme suit :


où

· L = x+By+C

· f = (F₀+C)/√(1+B²)

· g = g₀F₀/f

· B = ∂u(y)/∂y et

· C = u(y)-yB

[0038] On peut démontrer mathématiquement qu'avec la surface définie ci-dessus, les points de convergence verticale, qui doivent être aussi proches que possible du plan focal PF, évoluent selon la courbe CE représentée en tiretés sur la figure 1. L'écart par rapport à la droite idéale D reste cependant tout à fait acceptable.

[0039] En référence maintenant aux figures 3a et 3b, on a représenté à la même échelle d'une part la tache lumineuse obtenue dans le plan focal de la lentille 40 avec un miroir en forme d'ellipsoïde de révolution (figure 3a) et d'autre part la tache lumineuse obtenue avec un miroir selon la présente invention (figure 3b) . Dans les deux cas, la source lumineuse avait la géométrie d'un cylindre disposé axialement sur l'axe Ox.

[0040] Sur la figure 3a, on observe une tache de contour général circulaire, qui découle de la forme de révolution du miroir.

[0041] On observe sur la figure 3b que la tache présente une concentration centrale marquée et en même temps une largeur importante, sans être plus haute verticalement que celle de la figure 3a.

[0042] On comprend donc qu'en occultant une partie de la tache de la figure 3b avec le masque 30 (zone hachurée), on va obtenir un faisceau coupé (en l'occurrence un faisceau de croisement aux normes européennes) tout à fait satisfaisant.

[0043] La figure 4 illustre par un ensemble de courbes isolux Ci sur un écran de projection normalisé l'allure du faisceau obtenu, sans intervention de la glace de fermeture.

[0044] On observe la présence d'une tache de concentration centrale TC bien marquée, et une bonne largeur du faisceau selon les deux demi-coupures h'H et Hc.

[0045] On remarque également que le faisceau est peu épais, ce qui permet de ne pas éclairer la route à trop grande proximité du véhicule.

[0046] Maintenant en référence aux figures 5 et 5bis, on a représenté une variante de réalisation d'un projecteur selon la présente invention, dont le miroir comporte une zone centrale 21 en forme d'ellipsoïde de révolution et deux zones latérales 22a et 22b réalisées comme décrit plus haut et, entre ladite zone centrale et les zones latérales, de zones intermédiaires formant stries, respectivement 23a et 23b. Ces zones intermédiaires sont réalisées par déformation locale par rapport au miroir de la figure 1, de manière à disperser de façon importante les points de convergence horizontale sur Ox obtenus pour tranche verticale des zones intermédiaires.

[0047] De préférence, la convergence verticale du miroir est la même que dans le cas des figures 1 et 2, c'est-à-dire que la lumière converge verticalement de préférence au voisinage du plan focal de la lentille pour tous les points du miroir.

[0048] Les zones intermédiaires 23a et 23b se raccordent de préférence de façon continue, et le cas échéant dérivable, avec les zones voisines 21 et respectivement 22a, 22b.

[0049] Par exemple, on peut utiliser pour la génératrice horizontale des zones intermédiaires 23a, 23b l'équation d'une conique, et plus particulièrement l'équation indiquée ci-dessous, qui est celle d'un cercle :


où

· y_o varie entre les cotes limites horizontales, respectivement ±y₃₁ et ±y₃₂, des zones 23a et 23b,

· x_c et y_c sont des paramètres fixes, à savoir les coordonnées du centre du cercle, choisis en fonction de l'équation u(y₀) pour les zones 21 et 22a, 22b de manière à assurer le raccordement continu tel qu'indiqué plus haut, et

· r est un paramètre, à savoir le rayon du cercle, permettant de régler l'ampleur de la dispersion des points de convergence horizontale sur Ox par les zones intermédiaires, ou en d'autres termes la largeur de la tache engendrée par les seules zones intermédiaires.

[0050] L'équation cartésienne en x,y,z de la surface réfléchissante du miroir reste identique à l'équation (2) présentée plus haut, la mofidication locale de la fonction u(y₀) se traduisant dans cette équation par la présence de deux stries orientées dans des plans verticaux parallèles à l'axe optique Ox de part et d'autre de celui-ci.

[0051] Bien entendu, on peut multiplier le nombre de stries à souhait.

[0052] Dans une première application des stries décrites ci-dessus, on les place dans la région du fond du miroir. On réalise de cette manière un étalement important en direction latérale des grandes images verticales formées par cette région de fond dans le cas où la source est disposée axialement, pour ainsi diminuer l'épaisseur du faisceau dans l'axe, et ne pas éclairer trop fortement la route à proximité du véhicule.

[0053] Dans une deuxième application des stries, particulièrement utile dans le cas où la source est l'arc d'une lampe à décharge, extrêmement intense, on paramètre les stries de manière à respecter des niveaux d'éclairement maximal autorisé par les règlements, tout particulièrement dans la région située à gauche de la tache de concentration au-dessous de la demi-coupure horizontale hH.

[0054] La figure 6 illustre, par des courbes isocandéla C'i sur un écran de projection normalisé, l'allure du faisceau obtenu avec un projecteur équipé du miroir de la figure 5, sans intervention de la glace. On observe que l'épaisseur du faisceau dans l'axe (au-dessous du point H) est sensiblement réduite par rapport au cas de la figure 4, du fait qu'une certaine proportion de grandes images verticales ou peu inclinées par rapport à la verticale ont été dispersées latéralement.

[0055] Bien que l'on ait décrit l'invention dans le cadre d'un projecteur de croisement de type européen, il est clair que l'invention s'applique aussi bien à d'autres types de projecteurs, notamment des projecteurs de route ou anti-brouillard.

[0056] Dans le cas d'un projecteur de route, on ne prévoit généralement pas de masque 30, si bien qu'avec le projecteur des figures 1 et 2, la configuration photométrique obtenue correspondra au courbes de la figure 3b sans occultation.

[0057] Dans le cas d'un projecteur anti-brouillard, on prévoit un masque doté d'une arête horizontale rectiligne.

[0058] Par ailleurs, bien que dans le cas des figures 1 et 2 on prévoit des zones 22a et 22b qui décalent le point de convergence horizontale vers l'avant par rapport au plan focal de la lentille 40 à mesure que l'on s'éloigne latéralement de l'axe 0x, on peut bien entendu prévoir que ces points de convergence se rapprochent du plan focal PF lorsque l'on s'éloigne de l'axe optique. Cette approche est d'ailleurs préférée dans le cas d'un faisceau antibrouillard.

[0059] Concrètement, la variante ci-dessus peut être facilement mise en oeuvre en utilisant pour la fonction h(|y₀|) une fonction monotone décroissante, linéaire ou non, variant entre e et zéro au lieu de varier entre zéro et e.

[0060] Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et représentées sur les dessins, et l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit.

Revendications

1. Projecteur de véhicule automobile, du type susceptible d'engendrer un faisceau lumineux de configuration donnée et comportant une source lumineuse (10), un miroir (20) du genre elliptique au voisinage d'un premier foyer duquel est située la source lumineuse, une lentille (40) placée en avant du miroir et une glace de fermeture (50) placée en avant de la lentille, le miroir étant apte à engendrer dans la région d'un second foyer une tache lumineuse étalée en largeur,
caractérisé en ce que le miroir comporte dans au moins une zone (22a, 22b) une surface réfléchissante généralement lisse et sans rupture de pente, dont chaque tranche horizontale réfléchit le rayonnement issu de la source vers une multitude de points de convergence horizontale (Fc) situés à des distances horizontales (h(y_c)), mesurées selon l'axe optique (Ox) du projecteur par rapport à un plan focal (PF) de la lentille, qui varient en fonction de l'écartement (y_c) du lieu de réflexion considéré par rapport à l'axe optique du miroir, et dont chaque tranche verticale réfléchit le rayonnement issu de la source vers des points de convergence verticale situés à proximité dudit plan focal de la lentille,
et en ce que le glace (50) est essentiellement lisse ou faiblement déviatrice en direction horizontale.

2. Projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans au moins une autre zone (21) du miroir, chaque tranche horizontale de la surface réfléchissante réfléchit le rayonnement issu de la source vers un point de convergence horizontale invariable (FS), cette zone présentant, dans un plan horizontal (xOy) contenant la source lumineuse, un profil de surface réfléchissante elliptique.

3. Projecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite autre zone est une zone de fond (21) et il est prévu deux premières zones (22a, 22b) situées de part et d'autre de la zone de fond.

4. Projecteur de véhicule automobile selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un masque (30) situé au voisinage du plan focal (PF) de la lentille et dont un bord définit une coupure nette du faisceau engendré, en ce que les points de convergence verticale sont situés au voisinage dudit bord du masque et en ce qu'au moins une partie des points de convergence horizontale variable (Fc) sont situés en avant du masque.

5. Projecteur selon la revendication 4, destiné à engendrer un faisceau de croisement délimité par une coupure nette et comportant une zone de concentration disposée essentiellement centralement, caractérisé en ce qu'un point de convergence horizontale variable (Fc) est d'autant plus éloigné du plan focal (PF) de la lentille que le lieu de réflexion considéré est éloigné latéralement de l'axe optique (Ox).

6. Projecteur selon la revendication 4, destiné à engendrer un faisceau anti-brouillard délimité par une coupure et présentant un éclairement généralement homogène sur une largeur étendue, caractérisé en ce qu'un point de convergence horizontale variable (Fc) est d'autant plus proche du plan focal (PF) de la lentille que le lieu de réflexion considéré est éloigné latéralement de l'axe optique (Ox).

7. Projecteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la position du point de convergence horizontale variable (Fc) en fonction de la cote latérale (y0) du lieu de réflexion par rapport à l'axe optique est une loi continue.

8. Projecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la position du point de convergence horizontale variable (Fc) en fonction de la cote latérale (y0) du lieu de réflexion par rapport à l'axe optique est une loi linéaire.

9. Projecteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface réfléchissante du miroir (20) est définie au moins approximativement par les équations suivantes :

a) équation de la section de la surface dans un plan horizontal axial (0,x,y) :

où

· x₀ et y₀ sont les coordonnées cartésiennes des points de la section de la surface dans le plan z=0,

· F_o est la cote selon Ox du foyer FR,

· G₀(|y₀|)=g₀ si |y₀|≦y_min et
G₀(|y₀|)=g₀+h(|y₀|) si y_min<|y₀|≦y_max

· g₀ est la cote selon Ox du foyer FS

· h(|y₀|) est une fonction monotone, en l'espèce croissante, telle que

· e est l'écart positif sur l'axe Ox entre les positions des foyers FS et FT,

b) équation de la surface dans le repère orthonormé (0,x,y,z) :

où

· L = x+By+C

· f = (F₀+C)/√(1+B²)

· g = g₀F₀/f

· B = ∂u(y)/∂y et

· C = u(y)-yB

10. Projecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les points de convergence verticale suivent une courbe continue (CE) située à proximité du plan focal (PF) de la lentille et en avant de celui-ci.

11. Projecteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le miroir (20) comporte au moins une strie (23a, 23b) de forme générale bombée se raccordant continûment avec les parties voisines du miroir.

12. Projecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque strie (23a, 23b) est disposée au voisinage du fond du miroir (20) pour disperser latéralement de grandes images verticales de la source (10).

Dessins