Brevet FR2566878A1 — publié le 19860103

La présente invention concerne les projecteurs automobiles émettant un faisceau coupé, et notamment, mais non exclusivement, les projecteurs de croisement émettant un faisceau lumineux intense en-dessous d'une limite de coupure. Pour un faisceau de croisement, une telle limite de coupure est par exemple, conformément aux dispositions du Code de la Route français et des normes européennes (règlement de Genève), constitué par deux demi-plans passant par l'axe optique du pro- jecteur, à savoir, pour le sens de circulation à droi- te, un demi-plan gauche sensiblement horizontal et un demi-plan droit légèrement incliné sur l'horizontale. Dans d'autres pays, aux Etats-Unis par exemple, la coupure des projecteurs du type "sealed beam" peut être considérée comme constituée par deux demi-plans horizontaux s'étendant de part et d'autre de l'axe d'éclairement. On connaît également les faisceaux dits "à coupure en Z". Plus précisément, la présente invention concerne les projecteurs à faisceau coupé, du type comportant un réflecteur, une source lumineuse, un é- cran de coupure muni d'un bord de coupure, une lentille convergente. Dans un mode de réalisation typique: - le réflecteur est au moins partielle- ment en forme de calotte d'ellipsoide de révolution autour d'un axe définissant son axe optique, les deux foyers de l'ellipsoide définissant un premier foyer proche du réflecteur et un deuxième foyer plus éloigné de celui-ci, - la source lumineuse est disposée au voisinage du premier foyer du réflecteur, - la lentille convergente est disposée à l'opposé du réflecteur par rapport au deuxième foyer de celui-ci, son axe optique étant confondu avec celui du réflecteur et son foyer étant disposé au voisinage du deuxième foyer de ce réflecteur, - l'écran d'occultation est disposé au voisinage du foyer de la lentille et son bord de cou- pure est proche de l'axe optique. Une telle structure est connue depuis longtemps, et se trouve décrite, par exemple dans le brevet britannique 450 348 publié en 1936. En pratique, en matière de projecteurs d'automobiles, on a jusqu'à présent fort peu utilisé de tels systèmes optiques dont l'étude a été reprise récemment par la Demanderesse. De façon générale, la Demanderesse a constaté que la mise en oeuvre pure et simple des enseignements de la technique antérieure ne permet- tait pas d'obtenir un projecteur satisfaisant aux exigences modernes des constructeurs automobiles et des normes réglementaires. La Demanderesse a pu se rendre compte de ce que le problème essentiel résidait dans la réa- lisation de l'écran d'occultation. Dans la technique antérieure, ces écrans sont purement et simplement des masques opaques d'é- paisseur uniforme, plans ou sensiblement plans, et dont le bord supérieur définit la limite de coupure. Les essais conduits par la Demanderesse ont fait apparaître qu'un tel écran, dans un projec- teur du type précité, présentait de façon inhérente deux défauts rédhibitoires: en bref, le système donne une coupure trop nette, et entraîne un manque de lumière désavantageux en-dessus de la limite de coupure. Le premier inconvénient est particuliè- rement sensible lorsque le conducteur d'un véhicule, équipé de tels projecteurs de croisement, freine bru- talement. Dans ce cas, le véhicule plonge vers l'a- vant, et la distance de visibilité donnée par les projecteurs se trouve soudainement réduite à quelques mètres; du fait de l'absence totale de lumière au- dessus de la coupure, le conducteur ressent l'impres- sion de "trou noir" et subit tous les risques bien connus d'une telle situation. D'autre part, le manque de lumière au- dessus de la coupure rend impossible la lecture de certains panneaux routiers. En définitive, le masque opaque simple se révèle ainsi pratiquement inacceptable pour réali- ser un projecteur satisfaisant aux normes françaises et européennes. Il en est de même pour des projecteurs aux normes américaines, et en particulier aux normes du faisceau coupé de type "sealed beam" qui ne s'ac- comodent pas d'une coupure nettement marquée. Le problème est donc d'obtenir un fais- ceau coupé satisfaisant avec les projecteurs ayant la structure précédemment définie. L'invention propose un ensemble de solutions à ce problème. Selon l'invention, pour un projecteur à coupure de type précité, l'écran possède l'ensemble des caractéristiques suivantes: a) il est muni, endessous du bord de coupure et au moins dans sa zone centrale, d'une ou- verture transversale sensiblement horizontale suscep- tible d'être traversée par une partie du flux lumineux qui vient frapper l'écran; b) une zone de l'écran tournée vers la lentille et située entre le bord de coupure et la- dite ouverture est rendue réfléchissante, et de pré- férence diffusante, c) un élément récupérateur de flux est disposé en avant de ladite ouverture pour récupérer le flux qui la traverse, et le renvoyer sur ladite zone réfléchissante, qui le renvoie se combiner au flux non intercepté par l'écran, en améliorant les caractéristiques lumineuses du faisceau coupé finale- ment émis par le projecteur. De préférence, aussi, la forme générale de l'écran est une forme incurvée, en correspondance avec la courbure de champ de la lentille convergente. Autrement dit, on donne à l'écran une courbure qui compense les effets de courbure de champ de la lentille, de telle sorte que, malgré cette courbure de champ, la limite de coupure projetée sur un écran normalisé placé à 25 mètres du projecteur, conformément aux normes françaises, reste constitué pardeux demi-plans; une telle courbure de l'écran donne à son arête une incur- vation qui fait qu'ellese prqjettenettement sur l'écran malgré la courbure de champ de la lentille. L'invention est susceptible de nombreux modes de réalisation. Dans un premier mode de réalisation, la zone réfléchissante est ménagée en dessous du bord d'un écran mince en une matière opaque, notamment métallique; pour lui donner les caractéristiques réfléchissantes et diffusantes, on lui applique un traitement de surface pour qu'elle soit à la fois brillante et dépolie. L'élément récupérateur et concentrateur de flux a de préférence un profil elliptique dont un foyer est situé dans la moitié supérieure de ladite ouverture, et le second foyer est disposé au voisinage du bord de l'écran. Dans un autre mode de réalisation, l'écran ou en tout cas sa partie supérieure, est constituée en une matière transparente comme le quartz, et la zone réflé- chissante ainsi que le récupérateur sont constitués par des facettes réfléchissantes. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaÂtront à la lecture de la description dé- taillée qui va suivre en se référant aux dessins annexes donnés à titre d'exemplesnon limitatifs. Sur les dessins annexés: - la figure 1 représente en perspective la constitution d'un projecteur à réflecteur elliptique, écran et lentille convergente, auquel s'applique l'in- vention; - la figure 2 représente schématiquement en coupe axiale verticale le projecteur perfectionné selon l'invention; - la figure 3 illustre l'écran du projecteur selon l'invention, en coupe axiale verticale agrandie par rapport-à la figure 2; - la figure 4 illustre en perspective la réalisa- tion d'un écran perfectionné pour le projecteur selon l'invention, dans le premier mode de réalisation des fi- gures 2 et 3; - la figure 5 représente deux courbes photométri- ques réalisées respectivement avec un écran muni d'une fente, selon l'invention (tracé en traits interrompus), et avec un écran plein (tracé continu); - la figure 6 illustre en coupe axiale verticale un second mode de réalisation de l'invention. Sur toutes les figures, pour faciliter la compréhension, on a représenté par la flèche L la di- rection principale du faisceau lumineux émis par le projecteur elliptique auquel s'applique l'invention. La Structure traditionnelle-d'un projec- teur elliptique, pour la réalisation d'un faisceau cou- pé, est représentée à la figure 1. Elle comporte un ré- flecteur elliptique 1, en forme de calotte de révolution autour d'un axe optique 2, ayant deux foyers F1 (pro- che du fond du réflecteur 1) et F2 (plus éloigné). Une source lumineuse 3 (filament) est disposée au voi- sinage du premier foyer Fl. Les rayons lumineux issus de la source lumineuse 3 sont renvoyés par le réflec- teur 1 dans la direction du second foyer F2. Une lentille convergente 4 est disposée à l'opposé du réflecteur 1 par rapport au foyer F2, l'axe de cette lentille se confondant avec l'axe 2 du réflecteur, le foyer de cette lentille étant lui- même au voisinage de F2. Ainsi, les rayons lumineux issus de la source lumineuse 3 sont renvoyés par le réflecteur 1, convergent au voisinage de F2, et sont repris par la lentille 4, en un faisceau utile. Pour que le faisceau ainsi émis soit un faisceau à coupure, un moyen d'occultation, et plus précisément un écran d'occultation E, est disposé au voisinage du foyer F2. Cet écran E présente un bord supérieur définissant la limite de coupure du fais- ceau. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, l'é- cran E étant plan et perpendiculaire à l'axe 2, le bord de coupure est constitué par deux demi-plans issus de l'axe optique. On voit sur un plan de pro- jection P, placé à 25 mètres du projecteur, qu'en correspondance avec le bord de l'écran, on définit une limite de coupure horizontale à gauche, et rele- aid e 15e 5 droiteD conformément aux normes fran- cai@ee et européenneso Évec une telle structure de projecteur, on peut réaliser, en principe, divers types de cou- pure selon la forme du bord de lécran opaque. On a défini ci-dessus, A titre d'exemple, la forme en deux demi-plans correspondant à la coupure définie par les normes françaises et européennes; pour une coupure de type "'sealed beam", le bord de l'écran opaque doit être sensiblement horizontal. La Demanderesse a constaté dans les deux cas que les résultats ainsi obtenus n'étaient pas sa- tisfaisants, eu égard aux exigences actuelles des nor- mes et des constructeurs. D'ung part en effet, on cons- tate que la coupure réalisée par un écran opaque est trop nette, ce qui se traduit par un effet de "trou noire en cas de freinage, comme on l'a déjà exposéo D'autre part, le caractère opaque du masque se tra- duit par la suppression de toute lumière au-dessus de la coupure dans le faisceau émis qui rend très difficie la perception et la lecture de certains panneaux routierso Il apparait extrêmement souhaitable de remédier à ces deux inconvénients. La solution de la Demanderesse consiste, comme on l'a exposé, à aménager dans l'écran, en-des- sous du bord de coupure, une ouverture de passage de flux, à ménager, immédiatement en-dessous du bord de l'écran, une zone réfléchissante et, de préférence, 30. diffusante, et à disposer un système récupérateur de flux coopérant à la fois avec ladite ouverture et avec ladite zone réfléchissante, pour renvoyer vers l avant un flux complémentaire venant heureusement compléter le flux des rayons non interceptés par l'écran. Les figures 2 et 3 illustrent un pre- mier mode de réalisation de l'invention. La caractéristique de l'invention réside dans la structure particulière de l'écran E, tous les autres éléments du projecteur restant identiques, en étant désignés sur la figure 2 par des références in- changées. L'écran E selon l'invention se présente, à sa partie inférieure, comme une feuille verticale, 10, ainsi qu'il est classique. La partie supérieure de l'écran, 20, est légèrement inclinée (par exemple de 25 ) sur la verticale, s'effile vers le haut, pour se terminer par une arête A constituant le bord de coupure. Ladite partie supérieure 20 est par ailleurs traversée par une fente horizontale 21 per- mettant un libre passage de flux en-dessous du bord de coupure constitué par l'arête A. La face avant de la partie supérieure 20 située au-dessus de la fente 21 est traitée pour former une surface réfléchissante 22, qui soit, de préférence mais non nécessairement, également dif- fusante. Une telle surface 22 est par exemple obte- nue à l'aide d'un revêtement métallique brillant, mais légèrement dépoli. Enfin, un élément réflecteur récupéra- teur, 30, s'étend en avant de la fente 21, cet élément étant avantageusement de forme elliptique en étant muni d'une face réfléchissante elliptique, 31, tournée vers la fente 21, et se terminant lui aussi par une arête effilée, B. Plus précisément, le réflecteur ellip- tique 30 possède deux lignes de foyers 32 et 33, dont l'une coincide avec la ligne horizontale coupant la fente 21 par le milieu, et l'autre suit la surface réfléchissante 22, en étant légèrement en-dessous de l'arête de coupure A et parallèle à cette arête. Il faut comprendre que la figure 3 re- présente en vue agrandie une coupe verticale centrale de l'écran E. La forme complète de l'écran apparait mieux sur la figure 4 qui le représente en perspective en vue de l'arrière. On voit que l'ensemble de la zone 10, dans sa partie centrale, de la zone 20 et du ré- flecteur 30 a une forme légèrement incurvée, en corres- pondance avec la courbure de champ de la lentille 4 la forme incurvée correspondante de l'arête A fait qu'elle se projette sur un écran à 25 mètres selon une ligne nette, malgré la courbure de champ de la lentille. Sur les deux côtés, la partie centrale 10 est prolongée par des ailes 11 qui n'interviennent pratiquement pas dans le régime de coupure. Un tel écran peut être réa- lisé par tous moyens, et en tous matériaux. Avantageu- sement, il peut être réalisé dans une tôle métallique, et en une seule pièce, par découpage et estampage, comme représenté à la figure 4. La structure de l'écran E selon l'in- vention ayant maintenant été expliquée, on comprend facilement ses effets optiques. L'arête A joue, comme on l'a expliqué, le rôle de bord de coupure de l'écran E. Mais, sans les autres dispositions, une telle arête donnerait' lieu à une coupure trop nette, avec un manque de lu- mière au-dessus de la coupure dans le sens de la cir- culation (en l'espèce à droite). Grâce aux dispositions de l'invention, un flux lumineux, symbolisé par le rayon R, traverse la fente 21, se trouve réfléchi par l'élément réflec- teur 30, qui le renvoie sur la face réfléchissante 22, qui le renvoie vers l'avant pour contribuer à l'éclai- rage de coupure (sortie R1. Pour un fonctionnement optimal, dans le plan vertical central de le figure 2, la droite reliant les arêtes A et B passe par le point le plus haut M1 du miroir elliptique 1. De même, la droite reliant, dans le plan vertical central, l'arête B du miroir récupérateur 30 et l'arête supérieure C de la fente 21 passe avantageu- sement par le point le plus bas du miroir M2. Ainsi, se trouve utilisé le plus judicieusement possible le flux supplémentaire traversant la fente 21, sans que les dispositions selon l'invention viennent changer le rôle optique normal de l'arête A. Comme on l'a expliqué ci-dessus, le flux supplémentaire ayant traversé la fente 21, renvoyé par l'élément réflecteur 30 (qui joue le rôle de con- centrateur de flux), puis renvoyé à nouveau par la face réfléchissante 22, vient remédier au manque du faisceau coupé créé par le seul flux lumineux qui passe au- dessus de l'arête A. Les rayons R1 contribuent au flux de coupure et à l'éclairement au-dessus de la limite de coupure dans le sens de la circulation. Avantageu- sement, la surface 22 est également rendue diffusante pour augmenter l'effet de flou de coupure. Bien entendu, l'exemple des figures 3 et 4 n'est pas limitatif. Sur la fiqure 5, on a représenté deux tracés photométriques réalisés avec un écran muni d'une fente selon l'invention (tracé en traits interrompus), et avec un écran identique mais non fendu (trait plein). La représentation illustre l'éclairement (mesu- ré en lux) en fonction de l)écart angulaire au-dessus du point H. On voit aue la solution selon l'invention permet de diminuer la trop grande netteté de la coupure et de ramener de la lumière au-dessus de la coupureo La figure 6 représente un second mode de réali- sation de l'écran, dans une vue semblable à celle de la figure 3. Dans ce mode de réalisation, l'écran E comporte une plaque 10 traversée d'une fente 210 En avant de la fente 21 est disposé un système transparent 50, en quartz ou analogue, définissant une première facette réfléchissante 51, une deuxième facette réfléchissante 52, et une face de sortie 53. L'intersection de la facette 52 et de la face de sortie 53 définit une arete de coupure Ao Cette arête de coupure se comporte comme un bord d'écran. D'autre part, comme on le voit sur la figures les rayons lumineux R qui traversent la fenêtre 21, subissent deux réflexions sur les facettes 51 et 52 et sortent selon R1 pour aller (comme les rayons R1 de la figure 3) donner un éclairage supplémentaire au-dessus de la coupure. Dans ce second mode de réalisation, la facette 51 joue le rôle de l'élément récupérateur de flux pour les rayons lumineux ayant traversé la fente y la facette 52 joue le rôle de zone réfléchissante. Très avantageusement, les facettes 51 et 52 peuvent être légèrement incurvées. Bien entendu, les deux modE de réalisation qui ont été décrits-ne sont que des exemples préférentiels parmi les nombreux modesde réalisation englobés par 1 invention. REVENDICATIONS 1. Un projecteur automobile à faisceau coupé comportant successivement un réflecteur (1), une source lumineuse (3), un écran de coupure (3) muni d'un bord de coupure (A), une lentille convergente (4), caractérisé en ce que l'écran est muni, en dessous du bord de coupure et au moins dans sa zone centrale, d'une ouverture (21) susceptible d'être traversée par une partie du flux lumineux qui vient frapper l'écran, et en ce que des moyens (30,22; 51,52) sont prévus pour envoyer le flux lumineux traversant ladite ouverture se combiner au flux non intercepté par l'écran, en améliorant les carac- téristiques lumineuses du faisceau coupé finalement émis par le projecteur. 2. Un projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une zone (22) de l'écran tournée vers la lentille et située entre le bord de coupure (A) et ladite ouverture est rendue réfléchissante, et en ce qu'un élément récupérateur de flux (30) est disposé en avant de ladite ouverture pour récupérer le flux qui la traverse, et le renvoyer sur ladite zone réfléchissante (22). 3. Un projecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone réfléchissante (22) de l'écran est également diffusante. 4. Un projecteur selon l'une des revendica- tions 2 et 3, caractérisé en ce que l'élément récupéra- teur de flux (30) a un profil elliptique dont un foyer (32) est situé dans la moitié supérieure de ladite ouver- ture (21), et le second foyer (33) est disposé au voisinage du bord (A) de l'écran (E). 5. Un projecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'écran est réalisé en tôle découpée et emboutie. 6. Un projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure de l'écran comporte une fente(21)devant laquelle est monté un élément optique (50) doublement réfléchissant récupé- rant par une première facette réfléchissante (51) le flux lumineux traversant la fente, et le renvoyant par une seconde facette réfléchissante (52) à travers une face de sortie (53). 7. Un projecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément optique(50)définit l'arête de coupure(A). 8. Un projecteur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'élément optique (50) est en quartz. 9. Un projecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la forme générale de l'écran (E) est une forme incurvée en correspondance avec la courbure de champ de la lentille (4).