Brevet FR2580782A1 — publié le 19861024

- 1 La présente invention concerne les projecteurs de véhicules automobiles destines à un éclairage à lon- gue portée, notamment d'un éclairage de route. De façon générale, et sans entrer dans le dé- tail des normes réglementaires fixées par le Code de la Route, on peut dite qu'un faisceau de ce genre doit ré- pondre à deux conditions essentielles: - d'une part, il doit montrer une intensité lumineuse élevée dans la direction de son axe optique, correspondant à l'axe longitudinal du véhicule, et ce pour atteindre une grande distance de visibilité; - d'autre part, il doit dissiper un flux lu- mineux important dans un angle solide relativement grand autour de son axe, de telle sorte qu'il éclaire le sol et les bas-côtés de la route jusqu'à une hauteur au- dessus du sol suffisamment grande pour bien permettre au conducteur du véhicule de distinguer tous les obsta- cles. En ce qui concerne la condition d'intensité élevée, on sait que l'intensité d'un faisceau lumineux renvoyé par un réflecteur est proportionnelle à la sur- face frontale dudit réflecteur (Loi de Blondel). Les projecteurs de route actuellement utilisés comportent généralement un réflecteur parabolique de révolution, de diamètre d'ouverture relativement grand (en tout cas supérieur à 10 cm) qui présente à la fois une grande surface frontale (surface du réflecteur pro- jetée sur un plan transversal perpendiculaire à l'axe optique d'émission), et une forme générale suffisamment enveloppante par rapport à la lampe disposée à son foyer pour récupérer une proportion aussi grande que possible du flux lumineux émis par celle-ci. Avec une telle cons- truction, un compromis satisfaisant est réalisé entre la portée et la performance. Mais les projecteurs de route à réflecteur parabolique du type précité présentent l'inconvénient essentiel d'un diamètre d'ouverture relativement grand. En pratique, cela signifie que les projecteurs de route doivent occuper une hauteur relativement grande, car, même en tronquant par des plans horizontaux le réflec- teur parabolique, une hauteur minimale reste nécessaire si l'on veut maintenir à un niveau suffisant l'intensité dans l'axe (liée à la surface frontale) et l'éclairement général (lié au flux lumineux renvoyé par le réflecteur). Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement en vue de face et en coupe transversale longitudinale les résultats optiques obtenus avec un réflecteur para- bolique de la technique antérieure. Un tel réflecteur parabolique R possède un foyer F o est située une source lumineuse L. Il est tronqué haut et bas par deux plans horizontaux H1 et H2 disposés de part et d'autre del'axe optique 00 passant par F. On voit que si on donne au réflecteur R une hauteur (distance séparant les plans H1 et H2) h1, cette hauteur correspondra à une surface frontale S1 et à un flux émis 01. Si on diminue la hauteur jusqu'à une valeur h, on voit sur la figure 1 que la surface frontale diminue jusqu'à une valeur S, ce qui diminue les performances; on voit sur la figure 2 que, de même, l'enveloppement de la source disposée au foyer F par le réflecteur R diminue, ce qui diminue le flux réfléchi qui passe de 01 à 0. Or, les constructions automobiles modernes, à la fois pour des raisons de style et d'aérodynamisme, exigent la mise en oeuvre de projecteurs de très faible hauteur, par exemple d'une hauteur comprise entre 4 et 8 cm. Pour les raisons expliquées ci-dessus, des hauteurs aussi faibles sont en général incompatibles avec la cons- truction traditionnelle des projecteurs mettant en oeuvre des réflecteurs paraboliques. Pour remédier à ces inconvénients, on peut envisager la mise en oeuvre de réflecteurs elliptiques de faible ouverture, dans lesquels la source lumineuse est disposée au foyer interne d'un réflecteur ellipti- que formant récupérateur de flux. Une telle disposition présente en effet le grand avantage de-permettre une récupération optimale du flux lumineux issu de la source: un réflecteur elliptique enveloppe évidemment la source sur un angle solide beaucoup plus important qu'un réflec- teur parabolique; pour une même source lumineuse et à flux émis égal, le volume occupé par un réflecteur ellip- tique, et son ouverture utile, sont beaucoup plus faibles que pour un réflecteur parabolique. Plus précisément, pour mettre en oeuvre un réflecteur elliptique formant récupérateur de flux, on est ainsi amenés à utiliser la combinaison d'un réflecteur elliptique coopérant avec une source lumineuse placée sensiblement à l'un de ses foyers, et renvoyant les rayons lumineux issus de la source en un faisceau convergent en son autre foyer, et d'un élément optique redresseur qui reprend le faisceau convergent renvoyé par le réflecteur elliptique et le transforme en un faisceau de rayons sensiblement paral- lèles pour constituer le faisceau émis par le projecteur ainsi réalisé. Un tel élément redresseur, coopérant avec le réflecteur elliptique, peut être une lentille conver- gente, ou bien un réflecteur parabolique. L'invention s'intéresse plus particulièrement à cette dernière structure, c'est-à-dire aux projecteurs faisant intervenir la combinaison d'un réflecteur ellip- tique et d'un réflecteur parabolique. Plus précisément, l'invention concerne les pro- jecteurs du type comportant une source lumineuse, un réflecteur elliptique à deux foyers, dont l'un se trouve au voisinage de la source lumineuse et proche du fond du réflecteur, et l'autre en avant de cette source, et un réflecteur parabolique dont le foyer est au voisinage du foyer avant du réflecteur elliptique, de telle sorte que les rayons issus de la source, renvoyés par le réflecteur elliptique en direction du foyer du réflecteur parabolique, sont finalement ré- fléchis par ce dernier selon un faisceau de rayons sensiblement parallèles qui constituent le faisceau du projecteur. Une telle structure est connue de la tech- nique antérieure, en étant décrite par exemple dans le brevet américain US 1 981 328, le brevet français FR 69.40151 (2.067.925), la demande de brevet allemand publiée DOS 33 17 149. Mais une telle structure, si elle est très satisfaisante sur le plan de la récupération du flux lumineux émis par la source lumineuse, et en ce qu'elle permet l'utilisation de réflecteurs elliptiques de faible ouverture, et donc la réalisation de projecteurs de faible hauteur, présente l'inconvénient de ne pas donner une intensité lumineuse élevée dans l'axe du véhicule. C'est d'ailleurs pourquoi elle a été anté- rieurement proposée uniquement pour la réalisation de faisceaux à coupure, et plus précisément de faisceaux de croisement ne nécessitant pas une intensité élevée dans l'axe d'éclairement. La présente invention se propose la réalisa- tion d'un projecteur de route de faible hauteur utili- sant une structure du type précité remédiant aux in- convénients précités en présentant à la fois une inten- sité élevée dans l'axe d'éclairement et un flux lumi- neux important distribué dans un angle solide substan- tiel tout autour de l'axe optique d'émission. Selon l'invention, on apporte à la struc- ture de base elliptique-parabolique définie ci-dessus, un certain nombre de perfectionnements et de complé- ments qui, pris ensemble ou séparément, constituent les caractéristiques de l'invention. Selon une première caractéristique de l'in- vention, le fond du réflecteur elliptique est muni d'une ouverture permettant le passage direct d'un fais- ceau lumineux issu de la source lumineuse, et un pre- mier secteur de réflecteur de type parabolique ayant son foyer au voisinage de la source, renvoie un tel faisceau dans la direction de l'axe du véhicule, pour renforcer l'intensité lumineuse dans cette direction. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, un second secteur de type parabolique est placé en relation de coopération avec le réflecteur ellip- tique pour récupérer les rayons lumineux directs émis par la source lumineuse en dehors du faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur elliptique. Ce second sec- teur parabolique auxiliaire a également son foyer au voisinage de la source lumineuse et son axe parallèle à l'axe d'émission. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, la source lumineuse 10 est une lampe disposée transversalement à l'axe du réflecteur elliptique. En pratique, on utilise de préférence une lampe à fila- ment axial disposé transversalement à l'axe du réflec- teur elliptique. Ensemble ou séparément, les deux secteurs paraboliques coopérant avec des rayons lumineux issus directement de la source viennent renforcer l'intensité dans l'axe. Le faisceau globalement obtenu présente les caractéristiques optimales d'un faisceau de route, tout en pouvant présenter une hauteur limitée à l'ou- verture effective du miroir elliptique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion qui va suivre, en se référant aux dessins annexes, donnés à titre d'exemples. Sur les dessins annexés, les figures 1 et 2 ayant déjà été définies, - la figure 3 est une vue schématique en coupe horizontale du projecteur selon l'invention; - la figure 4 est une vue de face du projecteur de la figure 3. Le projecteur selon l'invention, tel que re- présenté aux figures 3 et 4, est destiné à l'éclairage de route. S'agissant de proposer des solutions à des problèmes d'optique, seuls les systèmes optiques ont été représentés, et non pas les pièces de montage, les bottiers et les éléments de réglage. Ce projecteur comporte essentiellement une lampe 10, constituant la source lumineuse, un réflec- teur elliptique 20 coopérant avec la lampe, un réflec- teur parabolique 30 renvoyant les rayons lumineux issus de la lampe et réfléchis par le réflecteur elliptique pour constituer le faisceau émis. Plus précisément, le réflecteur elliptique 20, d'axe optique 21, comporte deux foyers F1 proche du fond du réflecteur elliptique , et F2, éloigné de ce fond et en avant du réflec- teur 20. La lampe 10, constituant la source lumineuse comprend un filament 11, s'étendant généralement, comme représenté, dans une direction perpendiculaire à l'axe 21, et ce, au voisinage du foyer F1. Les rayons lumi- neux issus d'un tel filament 11 et renvoyés par le réflecteur elliptique 20, viennent sensiblement conver- ger en F2, puis frappent le réflecteur parabolique 30, qui a son foyer sensiblement en F2, et son axe 31, cons- tituant la direction du faisceau finalement émis par le projecteur disposé transversalement à l'axe 21, et de préférence perpendiculairement à l'axe 21. Une telle construction de base, connue en elle-même, donne lieu à la création d'un faisceau qui est satisfaisant sur le plan de la récupération du flux issu de la lampe 10 et sur le plan de la réparti- tion de ce flux selon un angle solide relativement grand autour de la direction d'émission 31. Mais il est apparu que, sur le plan de l'in- tensité dans l'axe de cette direction d'émission, le système 10-20-30, est notoirement insuffisant pour l'établissement d'un faisceau de route satisfaisant. L'invention se propose de remédier à cet inconvénient, et l'on y parvient à l'aide de deux dispositions intervenant, de préférence mais non nécessairement, en combinaison. Tout d'abord, l'on munit le réflecteur ellip- tique 20 d'une ouverture de fond, 22, sur un angle solide important pouvant aller jusqu'à 100 d'ouvertu- re angulaire totale. En vis-à-vis d'une telle ouverture 22, on dispose un premier secteur de réflecteur de type para- bolique, 40, dont le foyer est sensiblement confondu avec F1 et dont l'axe 41 est parallèle à la direction principale d'émission 31. On comprend que le filament 11 émet des rayons lumineux qui traversent l'ouverture 22, viennent frapper le secteur parabolique 40 et se trouvent renvoyés dans la direction d'émission. Le secteur parabolique 40 récupère ainsi un flux lumineux important (défini par l'angle solide de l'ouverture 22), et le renvoie dans la direction d'émission, pour servir à renforcer l'intensité lumineuse dans cette direction, et conférer ainsi au projecteur les performances opti- ques nécessaires à un projecteur de route (rayons lumineux référence R40 sur la figure 3). On observera d'ailleurs que la disposition transversale de la lampe 10, par rapport à l'axe 21 du réflecteur elliptique 20 est en elle-même non classique, et qu'un tel montage est indispensable à la mise en oeuvre d'une ouverture de fond 22 dans le réflecteur elliptique 20. Le renforcement de l'intensité lumineuse obtenu grâce aux dispositions qui viennent d'être décrites, peut, à lui seul suffire à l'obtention d'un bon faisceau de route. Mais, l'invention prévoit également de récupérer, dans toute la mesure du possible, les rayons lumineux directement émis par la lampe 10 et sortant par l'ouverture 23 du réflecteur elliptique , sans venir frapper le réflecteur parabolique 30. A cet effet, on dispose en relation de coopération avec cette ouverture 23, et légèrement en arrière de celle-ci par rapport à la direction centrale d'émis- sion (31, 41) un second secteur de réflecteur, , de type parabolique, ayant son foyer sensiblement en F1, et ayant son axe d'émission 51 sensiblement confondu avec la direction d'émission 31, 41. Comme on le voit sur la figure 3, les rayons lumineux tels que R50 sont émis par le filament 11 de la lampe 10, sortent à travers l'ouverture 23 du réflecteur elliptique 20, et sont renvoyés par le réflecteur 50 dans la direction d'émission, o ils viennent renforcer l'intensité dans cette direction, pour optimiser encore l'éclairage de route ainsi réalisé. La figure 4 montre une vue de face du pro- jecteur de la figure 1. Sur une telle vue de face, on voit que la hauteur du projecteur est limitée à une valeur H en tronquant par des plans horizontaux les réflecteurs paraboliques 30, 40 et 50. De préférence, la hauteur H est voisine du diamètre du contour d'ou- verture 23 du réflecteur elliptique 20. Avec les dispositions selon l'invention, le calcul théorique montre, et les résultats expéri- mentaux confirment, qu'on peut obtenir un projecteur de route satisfaisant aux normes réglementaires, de hauteur limitée, qu'on ne savait pas obtenir jusqu'à présent avec un système optique elliptico- parabolique de la technique antérieure. Bien entendu, les secteurs et 50 dits "de type parabolique" peuvent s'écarter d'une surface rigoureusement parabolique, pourvu qu'ils renvoient une partie substantielle de la lumière à l'infini dans la direction d'émission. REVENDICATIONS 1.- Un projecteur du type comportant une sour- ce lumineuse (10), un réflecteur elliptique (20) à deux foyers, dont l'un (F1) se trouve au voisinage de la source lumineuse et proche du fond du réflec- teur, et l'autre (F2) en avant de cette source, et un réflecteur parabolique (30) dont le foyer (F2) est au voisinage du foyer avant du réflecteur elliptique, caractérisé en ce que le fond du réflecteur ellipti- que (20) est muni d'une ouverture (22) permettant le passage direct d'un faisceau lumineux issu de la source lumineuse (10), et un premier secteur de réflec- teur de type parabolique (40) ayant son foyer au voi- sinage de la source, renvoie un tel faisceau dans la direction (31, 41) de l'axe du véhicule, pour renfor- cer l'intensité lumineuse dans cette direction. 2.- Un projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un second secteur de type para- bolique (50) est placé en relation de coopération avec le réflecteur elliptique (20) pour récupérer les rayons lumineux directs émis par la source lumineuse en dehors du faisceau lumineux réfléchi par le ré- flecteur elliptique et les renvoyer dans la direction d'émission. 3.- Un projecteur selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la source lumi- neuse (10) est une lampe disposée transversalement à l'axe du réflecteur elliptique (20). 4.- Un projecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lampe (10) a un filament axial. 5.- Un projecteur selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le réflecteur para- bolique (30) et les deux secteurs (40) et (50) sont coupes pour avoir sensiblement la hauteur H de l'ouverture (23) du réflecteur elliptique (20). 6.- Un projecteur selon l'une des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que les axes des ré- flecteurs elliptique (20) et parabolique (30) sont sensiblement perpendiculaires. 7.- Un projecteur selon l'une des revendi- cations 1 à 6, caractérisé par une hauteur réduite comprise entre 4 et 8 cm.