Brevet FR2549934A1 — publié le 19850201

La présente invention concerne les dispositif s émetteurs de lumière. La présente invention concerne en particulier les dispositifs d'éclairage ou de signalisation utilisés sur les véhicules automobiles, c'est-à-dire les projecteurs ou les feux. La présente invention concerne plus précisément les dispositifs comportant en combinaison une source lumineuse et des moyens optiques coopérant avec la source pour créer un faisceau de rayons lumineux centré autour d'une direction déterminée. On a ainsi proposé de nombreux dispositifs, dans lesquels les moyens coopérant avec la source lux neuse pour reprendre une partie du flux émis par celle- ci, sont des réflecteurs Comme cela est décrit dans la demande de brevet française N 2 418 417 et dans le brevet britannique No 1 399 973, on a également proposé des dispositifs dans lesquels les moyens coopérant avec la source lumi- neuse pour reprendre une partie du flux émis par celleci sont constitués d'un récupérateur de flux sous forme d'une pièce optique translucide travaillant par effet dioptrique. D'autre part, comme cela est décrit ee représenté dans la demande de brevet française N0 2 291 062 on a également proposé d'associer un réflecteur et un récupé- rateur de flux dioptrique de façon à diriger vers l'avant du dispositif, la quasi-totalité des rayons émis par la source lumineuse. Pour des raisons d'esthétique, les constructeurs automobiles souhaitent disposer de feux et/ou de projecteurs présentant un aspect extérieur généralement allongé. La présente invention vient maintenant proposer un nouveau dispositif émetteur de lumière répondant à ce souhait. Un but important de la présente invention est de proposer un dispositif émetteur de lumière dirigeant l'intégralité du flux lumineux émis par la source lumineuse vers l'avant du dispositif, et ce sous un rendement optimum. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif émetteur de lumière présentant un faible encombrement. Pour ce faire, le dispositif émetteur de lumière conforme à la présente invention comprend - un récupérateur de flux formé d'une pièce optique translucide disposée en avant de la source lumineuse, en partie de révolution autour de l'axe optique et tronquée par deux plans parallèles entre eux et à l'axe optique, au moins une partie de la portion périphérique du récupérateur de flux s'étendant en arrière de la source lumineuse, - tandis que le réflecteur, disposé en arrière de la source lumineuse, est généralement elliptique, en par tie de révolution, et couvre un angle solide autour de la source lumineuse, complémentaire de celui défini par le récupérateur de flux, l'un des foyers du réflecteur coincidant avec la source lumineuse, et par ailleurs, - le réflecteur étant adapté pour renvoyer la totalité des rayons qu'il réfléchit vers une région centrale du récupérateur de flux qui comporte une pluralité d'd ments de révolution autour de l'axe optique, travail lant par réfraction pour diriger les rayons réfléchis et passant par le second foyer sensiblement parallèle ment à l'axe optique, tandis que - au moins une zone périphérique du récupérateur comporte des éléments prismatiques externes de révolution autour de l'axe optique, travaillant en réflexion totale pour diriger sensiblement parallèlement à l'axe optique les rayons lumineux provenant directement de la source lumineuse. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, au niveau de la portion périphérique du récupérateur de flux s'étendant en arrière de la source lumineuse, le récupérateur présente un demi-angle d'ouverture vu de la source lumineuse compris entre 1200 et 1250. Dans une variante préférentielle11 les deux plans de troncature parallèles entre eux et à l'axe optique, délimitant une partie du contour du récupéra- teur de flux, sont équidistants de l'axe optique. Selon une autre caractéristique, les éléments prismatiques externes de la zone périphérique travaillant en réflexion totale, sont adaptés de telle sorte que deux éléments adjacents émettent des pinceaux lumineux sensiblement adjacents constituant un faisceau global sans écart ni chevauchement notables. De préférence, chaque élément prismatique externe de la zone périphérique travaillant en réflexion totale comporte une facette interne dont les gdndratri- ces s'étendent dans une direction voisine de l'axe optique, une facette externe à réflexion totale et une facette externe de sortie. De façon avantageuse, une meme facette interne d'entrée est commune à plusieurs éléments prismatiques externes. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, la zone centrale du récupérateur de flux est constituée d'une lentille de Fresnel. Selon un mode de réalisation particulier considéré actuellement comme préférentiel, le récupérateur de flux comporte de son centre à sa périphérie une zone centrale constituée d'une lentille de Fresnel, une première zone intermédiaire constituée d'éléments prismatiques travaillant en réfraction, une seconde zone intermédiaire constituée d'éléments prismatiques internes travaillant en réflexion totale et une zone périphérique comportant des éléments prismatiques externes travaillant en réflexion totale. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique d'un dis positif émetteur de lumière conforme à la présente invention selon un plan de coupe vertical référencé I-I sur la figure 2, seule la section du récupérateur de flux située dans le plan de coupe étant représentée, - la figure 2 représente une vue schématique du même dispositif émetteur de lumière conforme à la présente invention selon un plan de coupe horizontal référencé II-II sur la figure 1, de façon similaire seule la section du récupérateur de flux située dans le plan de coupe est représentée, et - la figure 3 représente une vue à échelle agrandie des différentes zones du récupérateur de flux selon le mode de réalisation considéré actuellement comme préféren tiel. On a schématiquement représenté sur les figures1 et 2 une source lumineuse 10 disposée sur l'axe optique A-A du dispositif, ainsi qu'un réflecteur 20 et un récupérateur de flux 40. Ces éléments sont de préférence logés dans un boîtier (non représenté) ouvert à l'avant, et muni d'un globe translucide monté au niveau de l'ouverture du boîtier. Toutefois, le boîtier (précité) peut etre soit un cuvelage propre au dispositif émetteur de lumière t un simple logement ménagé dans la carrosserie du. véhicule automobile et dans lequel sont installés la source lumineuse ainsi que le réflecteur 20 et le récupérateur de flux 40 Il doit être entendu dans tout ce qui suit que les de possibilités doivent être toujours envisagées et considérées comme couvertes et revendiquées. Dans la pratique, la source lumineuse 10 est formée d'une lampe. Toutefois, pour simplifier le dessina on a représenté la source lumineuse sous forme d'un point référencé 10, disposé sur l'axe optique A-A, bien que par ailleurs, le filament de la lampe puisse couvrir une zone plus étendue. La structure du récupérateur de flux 40 et du réflecteur 20, adaptés pour coopérer avec la source lumineuse afin de renvoyer, avec un rendement optimum, la quasi-totalité du flux émis par celle-ci, vers l'avant du dispositif, sensiblement parallèlement à l'axe optique A-A constitue l'essentiel de l'invention. Le récupérateur de flux 40-est formé d'une pièce optique translucide disposée en avant de la source lumineuse 10. Cette pièce optique en partie de révolution autour de l'axe optique A-A est tronquée par deux plans parallèles entre eux et à l'axe optique, schématiquement représentés sous forme des traits interrompus référencés T-T sur la figure 1. Plus précisément, ces plans s'étendent perpendiculairement au plan de la figure 1 et parallèlement au plan de la figure 2. De préférence, les plans T-T sont horizontaux et sont équidistants de l'axe optique A-A. Ainsi, vu de l'avant, le dispositif émetteur de lumière, dont la forme est déterminée essentiellement par la géométrie du récupérateur, présente un aspect allongé, comme cela est souhaité par les constructeurs automobiles. Tel que cela est représenté sur la figure 2, la partie de la portion périphérique du récupérateur de flux 40, disposée entre les plans T-T précités, s'tend en arrière de la source lumineuse 10, et enveloppe donc celle-ci sous un angle supérieur à 2E. Une telle caractéristique est rendue possible par la constitution optique particulière du récupérateur de flux 40 proposée par la demanderesse. La structure du récupérateur sera décrite plus en détail par la suite. Une constitution optique relativement proche a d'ailleurs été décrite dans la demande de brevet française au nom de la demanderesse publiée sous le numéro 2 507 741 à laquelle on se reportera pour la bonne compréhension de la présente invention. Le réflecteur 20 est disposé en arrière de la source lumineuse 10. Ce réflecteur est généralement elliptique, en partie de révolution autour de l'axe optique A-A et présente deux ouvertures 21 (visibles sur la figure 1) symétriques par rapport à un plan (horizontal) parallèle aux'plans T-T précités, passant par l'axe optique A-A. Plus précisément encore, le réflecteur 20 est conçu pour envelopper la source lumineuse sous un angle solide complémentaire de celui défini par le récupérateur de flux. L'un des foyers référencé f1 du réflecteur coIncide avec la source lumineuse 10. Le second foyer du réflecteur 20 est référencé f2. La focale du réflecteur 20 (distance séparant les deux foyers f1 et f2) dépend de la géométrie du récupérateur 40. La focale diminue lorsque les plans de troncature s'éloignent de l'axe optique et inversement. On notera à l'examen des figures 1 et 2 que le flux lumineux non repris par le récupérateur de flux 40, en direction généralement verticale vers le haut et vers le bas, en raison des impératifs d'esthétique précités, est réfléchi par les portions supérieure et inférieure du réflecteur 20 enveloppant largement vers l'avant la source lumineuse 10. Par contre, grâce aux ouvertures 21 ménagées dans le réflecteur 20 d'une part et d la structure du rêcupérateur de flux 40 enveloppant latéralement (entre les plans T-T) la source lumineuse 10 sur un angle solide supérieur à 2#, une partie importante du flux émis par la source 10 (sur un angle solide supQ- rieur à 2X) est reprise par le récupérateur 40. Cette disposition importante permet d'obtenir un rendement optimum du dispositif. La demanderesse a en effet déterminé que le récupérateur de flux 40 possède un rendement supérieur à celui du réflecteur 20 dont les rayons réfléchis subissent au moins une réflexion et un passage à travers le verre de la lampe. Ce qui conduit à adapter la géométrie du récupérateur, en fonction des impératifs dictés par les constructeurs automobiles, de telle sorte que le récupé- rateur reprennent un maximum de flux, le réflecteur reprenant le complément. D'autre part, cette disposition proposant d'étendre au moins une partie de la portion périphérique du récupérateur de flux 40 en arrière de la source lumineuse 10 limite le flux lumineux réfléchi par le réflecteur 20 vers le second foyer f2, de façon à limiter le flux concentré à ce niveau et de ce fait un échauf- fement néfaste de la lampe. Ces caractéristiques permettent de récupérer la totalité du flux émis par la source lumineuse 10 et ce avec un rendement optimum jamais atteint avec les dispo- sitifs jusqu'ici proposés. Selon une caractéristique première de la présente invention, le réflecteur 20 est adapté pour renvoyer la totalité des rayons qu'il réfléchit vers une région centrale (qui sera définie plus en détail par la suite) du récupérateur de flux 40 qui comporte une pluralité d'éléments de révolution autour de l'axe optique A-A travaillant par réfraction pour diriger les rayons réfléchis et passant par le second foyer f2, sensiblement parallèlement à l'axe optique A-A. D'autre part, une zone périphérique du récupérateur de flux 40 comporte selon l'invention des éléments prismatiques externes de révolution autour de l'axe optique A-A travaillant en réflexion totale pour diriger sensiblement parallèlement à l'axe optique A-A les rayons lumineux provenant directement de la source lumineuse 10. On va maintenant décrire la structure particulière du récupérateur de flux 40 dans son mode de réalisation considéré actuellement comme préférentiel, représentée sur la figure 3. Du centre (coincidant avec l'axe optique A-A) à la périphérie, le récupérateur de flux 40 comporte quatre zones successives référencées ZO, Z1 Z2 et Z3. Ces diverses zones sont disposées concentriquement autour de l'axe A-A. Selon le mode de réalisation représenté, les plans de troncature T-T du récupérateur sont prévus au niveau de la zone périphérique-Z3 de celui-ci. La région centrale précitée qui renvoie parallèlement à l'axe optique A-A les rayons Rot R1 provenant du second foyer f2 est constituée en combinaison de la zone centrale ZO et de la première zone intermédiaire adjacente Z1. -La zone périphérique adaptée pour renvoyer parallèlement à l'axe optique A-A les rayons lumineux provenant de la source lumineuse 10 correspond à la zone périphérique Z3. En outre, la seconde zone intermédiaire Z2 est adaptée pour renvoyer, de façon similaire à la zone périphérique Z3,les rayons lumineux R2 provenant directement de la source lumineuse 10, parallèlement à l'axe optIque A-A. La zone centrale Z0 est constituée par une lentille de Fresnel, classique en elle-meme De façon remarquable, on donne à cette lentille une divergence suffisante pour que le faisceau qu elle émet ait finalement une luminance dans la direction pri vilégiée A-A du même ordre de grandeur que la luminance des autres zones dans la même direction. La zone Z1 entourant la lentille de Fresnel précitée est constituée d'une juxtaposition de prismes référencés P1 travaillant par réfraction au niveau de leur surface externe S pour renvoyer parallèlement à l'axe optique A-A les rayons R1 provenant du second foyer 2. De ce fait, les rayons R'1 issus de la source lumineuse 10 et parvenant directement à k zone Z1 convergent vers l'axe optique A-A et donnent de la largeur aux faisceaux. La zone Z2 présente une surface extérieure sensiblement plane et une surface interne constituée d'une juxtaposition de prismes P2 travaillant par réflexion total au niveau de leur surface S'2 pour renvoyer parallèlement à l'axe optique A-A les rayons R2 provenant de la source lumineuse 10. La zone périphérique Z3 est constituée d'une juxtaposition d'éléments prismatiques P3. Chaque élément P3 comporte une facette d'entrée e1, interne, une facette de réflexion totale e2 et une facette de sortie e3 externes. Les différentes facettes d'entrée e1 sont sépares les unes des autres par des décrochements d. Les décrochements d sont déterminés de tellesorte que leur direction coïncide avec le rayon lumineux local issu de la source lumineuse 10 et traversant la facette d'entrée e1, au voisinage d'une arête telle que a. D'autre part, les facettes d'entrée el,qui peuvent être communes à deux éléments prismatiques P3 comme représenté sur la figure 31 sont des surfaces tronconiques d'axe A-A dont les génératrices sont aussi proches que possible de la direction de l'axe A-A. L'angle formé entre la génératrice des facettes d'entrée e1 et l'axe optique A-A,augmente regulièreent de l'avant vers l'arrière de la zone z3. Ainsi par exemple, les facettes d'entrée e 1 les plus en avant peuvent définir un angle de l'ordre de 50 par rapport à l'axe optique A-A tandis que les facettes d'entrée e1 les plus en arrière font un angle de l'ordre de 1CO par rapport à l'axe optique A-A. De plus, les facettes de réflexion totale e2 et de sortie e3 sont choisies, d'un élément prismatique P3 au suivant pour que les pinceaux lumineux adjacents correspondant aux rayons lumineux réfléchis par les facettes de réflexion totale e2 de deux éléments P3 adjacents, se retrouvent comme représentés sur la figure 3 à l'état de pinceaux lumineux rigoureusement adjacents PL1 et PL21 à la sortie respective des deux éléments P3 précités adjacentes. D'autre part, la géométrie des éléments prismatiques P3 est déterminée de telle sorte que les rayons lumineux R3 provenant de la source lumineuse 10 émergent du récupérateur de flux 40 sensiblement parallèlement à l'axe optique A-A. Dans un tel cas, les pinceaux tels que PL1 et PL2 sont constitués de rayons parallèles. Les caractéristiques géométriques de chacun des éléments prismatiques P3 et en particulier la direction de la facette d'entrée e1 de la facette de réflexion totale e2 et de la facette de sortie e3 sont déterminées pour chaque élément prismatique P3 sur la base des condictions précitées, en procédant de proche en proche depuis les éléments prismatiques avant jusqu'aux éléments prismatiques P3 arrière. Pour cela, trois paramètres sont imposés à savoir la direction des rayons issus de la source 10 et arrivant sur l'élément P3 en- cause, - l'angle de réflexion totale sur la face e2- (il doit en tout cas rester supérieur à l'angle limite de réflexion totale pour le matériau considéré), -l'angle de sortie des rayons R3 sortant de l'élément P3 considéré. L'inclinaison des facettes d'entrée ea est déterminée comme cela a été précédemment indiqué la plus faible possible par rapport à l'axe optique A-A Les sommets S3 et les points bas B3 des éléments prismatiques P3 sont déterminés pour respecter la condition d'adjacence des pinceaux PL1 et PL2 précités. Les décrochements-d coïncident comme représentés avec la direction des rayons lumineux issus de la source lumineuse 10 après traversée des facettes d'entrée e1. L'homme de l'art comprendra sans difficulté que, dans le respect des conditions ci-dessus on peut déterminer de proche en proche chaque élément prismatique P3, de façon optimale, depuis l'avant jusqu'à l'arrière de la zone Z3. On remarquera que les différentes zones sont choisies pour renvoyer-avec le meilleur rendement les rayons lumineux issus de la source lumineuse 10 selon leur angle d'inclinaison par rapport à la direction centrale d'émission A-A du feu. Selon un mode de réalisation considéré actuellement comme préférentiel, la lentille de Fresnel ZO -centrale est vue de la source lumineuse 10 sous un demiangle d'ouverture pouvant aller jusqu'S 20e environ. La première zone intermédiaire Z1 est vue de la source lumineuse 10 sous un demi-angle d'ouverture sensiblement compris entre 20 et 450. La zone Z2 travaillant par réflexion totale avec des prismes intérieurs,peut travailler avec des rayons incidents R2 faisant avec l'axe optique A-A un angle sensiblement compris entre 45 et 600. Enfin, la zone Z3 travaillant en réflexion totale avec des prismes extérieurs peut traiter des rayons h faisant un angle avec l'axe optique A-A sensiblement compris entre 60 et 1200. Pour ce qui est de la répartition de la lumière (luminance), l'homme de l'art sait jouer sur la divergence des différentes zones ZO, Z1 et Z2 pour harmoniser leur luminance dans la direction A-A : par exemple, une augmentation du nombre de prismes tel que P1 se traduit par un accroissement de la luminance (à la limite une infinité de prismes P1 donne lieu à une luminance optimale dans l'axe optique A-A, tous les rayons R1 étant alors rigou- reusement parallèles à l'axe optique A-A). Il est à noter que le dispositif émetteur de lumière ainsi réalisé ne laisse que peu ressortir les rayons lumineux ambiants qui y pénètrent, de telle sorte que les colorations éventuelles du ballon de la lampe composant la source lumineuse 10 n'est pratiquement pas visible de l'extérieur lorsque la lampe n'est pas allumée. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. En particulier, on peut par exemple utiliser un réflecteur 20 qui n'est pas parfaitement elliptique, de façon a déterminer un foyer secondaire f2 non ponctuel. REVENDICATIONS 1. Dispositif émetteur de lumière, notamment pour véhicules automobiles, du type comportant une source lumineuse disposée sur un axe optique central et, un récupérateur de flux et un réflecteur adaptés pour reprendre une partie du flux émis par la source lumineuse afin de diriger celui-ci vers l'avant du dispositif sous forme d'un faisceau généralement centré sur itaxe optique, ca ractérisé par le fait que - le récupérateur de flux (40) est une pièce optique translucide disposée généralement en avant de la source lumineuse (10), en partie de révolution autour de l'axe optique (A-A), tronquée par deux plans (T) parallèles entre eux et à 1'axe optique, au moins une partie de la portion périphérique du récupérateur (40) de flux s'étendant en arrière de la source lumineuse (10), tandis que - le réflecteur (20), disposé en arrière de la source lumineuse, est généralement elliptique, en partie de révolution et couvre un angle solide autour de la sour ce lumineuse, complémentaire de celui défini par le récupérateur de flux, l'un des foyers (fol) du réf lec- teur (20) coincidant avec la source lumineuse (10), et par le fait que - le réflecteur (10) est adapté pour renvoyer la totalité des rayons qu'il réfléchit vers une région centrale l20) du récupérateur de flux (40) qui comporte une pluralité d'éléments dioptriques, travaillant par réfraction pour diriger les rayons (R1) réfléchis et passant par le second foyer (f 2 > sensiblement parallèlement à l1axe optique (A-A), tandis que - au moins une zone périphérique (Z3) du récupérateur (40) comporte des éléments prismatiques (P3) externes, tra vaillant en réflexion totale pour diriger sensiblement parallèlement à l'axe optique (A-A) les rayons lumi neux (R3) provenant directement de la source lumineuse (10). 2. Dispositif émetteur de lumière selon la revendication 1, caractérisé par le fait que au niveau de la portion périphérique du récupérateur de flux (40) s'étendant en arrière de la source lumineuse {10) le récupérateur (40) présente un demi angle d'ouverture, vu de la source lumineuse (10), compris entre 1200 et 125 . 3. Dispositif émetteur de lumière selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les deux plans (T) de troncature parallèles entre eux et à l'axe optique (A-A) délimitant une partie du contour du récupérateur de flux (40) sont équidistants de l'axe optique (A-A). 4. Dispositif émetteur de lumière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les éléments prismatiques externes (P3) de la zone périphérique (Z3), travaillant en réflexion totale, sont adaptés de telle sorte que deux éléments (P3) adja- cents émettent des pinceaux (PL1, PL2) lumineux sensiblement adjacents constituant un faisceau global sans écart ni chevauchement notables. 5. Dispositif émetteur de lumière selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que chaque élément prismatique (P3) externe de la zone péri- phérique (Z3) travaillant en réflexion totale comporte une facette interne (e1) dont les génératrices ssétenu dent dans une direction voisine de l'axe optique (A- ), une facelle externe (e2) à réflexion totale et une facette externe de sortie (e3). 6. Dispositif émetteur de lumière selon 1'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que une meme facette interne d'entrée (e1) est commune à plusieurs éléments prismatiques (P3). 7. Dispositif émetteur de lumière selon l'une des revendications 1 à E, caractérisé par le fait que la zone centrale (ZO) est constituée d'une lentille de Fresnel. 8. Dispositif émetteur de lumière selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le récupérateur de flux comporte de son- centre à sa périphérie une zone centrale (ZO) constituée d'une lentille de Fresnel, une première zone intermédiaire (Z1) constituée d'éléments prismatiques (P1) travaillant en réfraction, d'une seconde zone intermédiaire (Z2) constituée d'éléments prismatiques internes (P2) travaillant en réflexion totale et d'une zone périphérique (Z3) comportant des éléments prismatiques externes (P3) travaillant en réflexion totale. 9. Dispositif émetteur de lumière selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les différentes zones sont vues de la source, selon les demiangles d'ouverture suivants : - ZO : de Oc à 20 environ, - Z1 : de 200 à 450 environ, - Z2 :de 450 à 600 environ, - Z3 : de 60 à 1250 environ. 10. Dispositif selon l'une des- revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que les plans de troncature- (T) intersectent le récupérateur de flux au niveau de la zone périphérique Z3 et par le faitque la région centrale du récupérateur-de flux est constituée de la lentille de Fresnel (Z0) et de la première zone intermédiaire (Z-1)