Brevet FR2597575A1 — publié le 19871023

La présente invention concerne un projecteur pour véhicule automobile, destiné à former un faisceau de croisement. Ce faisceau est caractérisé par une "coupure", c'est-à-dire une limite directionnelle au-dessus de laquelle n'est émis aucun rayon lumineux. Cette coupure est généralement constituée d'un demi-plan horizontal, à gauche de l'axe horizontal du projecteur (pour un sens de circulation à droite) et d'un demi-plan légèrement incliné vers le haut, à droite de ce même axe. Ce dernier demi-plan est relevé d'un "angle de relèvement de coupure" qui est, pour un faisceau normalisé européen, de 150. L'éclairement produit par un tel faisceau sur un écran placé à 25 mètres à l'avant du projecteur est représenté figure 1, avec ses points et zones normalisés, le point H étant la trace de l'axe focal du projecteur, à l'intersection du plan vertical v'v et du plan horizontal h'h. La coupure est définie par la trace Hh' du demi-plan horizontal gauche rabattu de I % et par celle Hc faisant un angle par rapport à la trace Hh (ici comme dans la suite, la description se réfère à un sens de circulation à droite. Pour un sens de circulation à gauche, il suffit de considérer les figures, représentant l'écran ou le projecteur, inversées par rapport à l'axe v'v). La zone III, située au-dessus de la coupure, est une zone d'eclairement minimal, pour éviter l'eblouisse- ment. La zone IV, par contre, est la zone d'éclairement maximal, pour laquelle une forte intensité du faisceau doit être recherchée. Classiquement, la coupure est obtenue au moyen d'une coupelle d'occultation qui entoure la partie infé rieure de la lampe ou de son filament et ne laisse passer ainsi que les rayons dirigés vers le haut du réflecteur associé à la lampe, qui formeront, après réflexion, la partie inférieure du faisceau. Pour obtenir la focalisation requise, le filament de la lampe est disposé dans l'axe du réflecteur parabolique, légèrement en avant du foyer de celui-ci. L'inconvénient de cette disposition est la perte importante du flux lumineux émis par le filament en raison de l'occultation procurée par la coupelle. Près de la moitié du flux est ainsi émise en pure perte. On conçoit que cette perte est particulièrement critique pour les projecteurs de petites dimensions, pour lesquelles la taille réduite du réflecteur ne permet de récupérer un flux lumineux suffisant qu'au prix d'une augmentation de puissance de la source lumineuse. Pour s'affranchir de cette coupelle, il a été proposé de former un réflecteur à partir de deux demi paraboloides décalés, l'un, supérieur et focalisé sur l'extremité arrière du filament, formant un faisceau de croisement classique et l'autre, inférieur et focalisé sur l'extrémité avant du filament, formant toutes ses images au-dessous de la coupure. Un tel projecteur présente un double incon vénient : tout d'abord, le réflecteur présente une discontinuité de surface à l'endroit du raccordement des 2 demi-paraboloides : ceux-ci, focalisés en des points différents, ont nécessairement soit un sommet différent, soit des distances focales différentes, et par suite présentent des profils différents le long d'un plan de raccordement : en raison de cette caractéristique, un réflecteur fabriqué selon ces enseignements est, dans la pratique, imparfait à l'endroit de cette ligne de raccordement, ce qui se traduit par une Baission de rayons lumineux au-dessus de la coupure. En second lieu, et surtout, le faisceau produit par le demi-paraboloide inférieur est étalé sur la quasi-totalité de la zone située en-dessous de la coupure cet élargissement du faisceau va à l'encontre du but recherché dans un faisceau de croisement, qui est d'obtenir une concentration dans une zone centrale juste en dessous de la coupure (notamment la zone IV normalisée). C'est pour cette raison que cette solution n'a pas été retenue pour réaliser un faisceau de croisement et que, en pratique, la coupure est toujours jusqu'à présent obtenue au moyen d'une coupelle d'occultation. Un des buts de l'invention est de proposer un projecteur de croisement sans coupelle, qui permette cependant d'obtenir une intensité lumineuse plus grande dans un certain nombre de zones privilégiées du faisceau où il est souhaitable de disposer d'un éclairage renforcé, évitant ainsi les inconvénients du réflecteur à parabo loties décalés précédemment décrits Grâce à la suppression de la coupelle, aussi bien la partie supérieure du réflecteur que sa partie inférieure peuvent participer à la récupération du flux lumineux : l'intensité d'ensemble du faisceau de croisement est ainsi plus grande qu'avec un projecteur classique à coupelle. Le projecteur de croisement proposé comprend: un réflecteur dont au moins un secteur est en forme de paraboloIde de révolution; une lampe a filament axial décalé vers le haut, en direction radiale, par rapport à l'axe du paraboloide; ainsi qu'une glace de répartition placée devant le réflecteur. Selon l'invention, le filament est centré, en direction axiale, sur le foyer du paraboloide et le secteur en forme de paraboloide s'étend, symétriquement de part et d'autre de l'axe, entre deux plans axiaux, l'un horizontal et l'autre faisant avec ce dernier un angle égal à l'angle de relèvement de coupure du faisceau de croisement, les zones homologues de la glace de répartition étant lisses ou faiblement déviatrices. De préférence, le filament est décalé d'une valeur telle que sa surface émissive soit située sensiblement tangente à l'axe. Lorsque le réflecteur comporte une ou plusieurs zones s'étendant au-delà des plans axiaux, et donc prolongeant les secteursen forme de paraboloide, il est prévu des moyens déflecteurs pour déplacer en dessous de la coupure du faisceau toutes les images du filament issues de cette zone ( ou de ces zones ) du réflecteur. Dans un premier mode de réalisation, ces moyens déflecteurs sont constitués par les surfaces du réflecteur s'étendant au-delà des plans axiaux elles-mèmes, ces surfaces déflectrices étant alors aptes à former des images du filament dont tous les points sont situés au-dessous de la coupure du faisceau. Dans un second mode de réalisation, le parabo bide s'étend au-delà des plans axiaux, et les moyens déflecteurs sont alors, au moins partiellement, constitués par des zones homologues, déflectrices, de la glace de répartition. I1 est également possible de combiner les deux modes de réalisation précédents, les moyens déflecteurs étant alors constitués par des surfaces déflectrices situées au-del des plans axiaux, en coopération avec la glace de répartition, de manière que cet ensemble forme des images du filament dont tous les points sont situés au-dessous de la coupure du faisceau. Ainsi, le réflecteur et la glace de répartition participent chacun à la déflexion nécessaire pour obtenir le résultat final recherché. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels, outre la figure 1 déjà mentionnée . la figure 2 est une coupe verticale, suivant le plan v'v précité, du projecteur selon l'invention, . la figure 3 est une vue de face du réflecteur, suivant la direction III-III de la figure 2, les figures 4a a 4c montrent les images obtenues sur un écran normalisé, issues des différentes zones du réflecteur de la figure 3, . la figure 5 est une vue de face de la glace de répartition du projecteur, suivant la directionV-V de la figure 2, les figures 6a et 6b illustrent deux manières de déplacer, au moyen de la glace de la figure 5, l'image d'un filament obtenue sur l'écran normalisé, la figure 7 montre les images du filament, également sur l'écran normalisé, correspondant aux zones supérieures du réflecteur, dans le second mode de réalisation, avant déflexion par la glace de répartition, la figure 8 montre, vue de face et en courbes de niveau , un exemple pratique de surface réalisée suivant les enseignements de l'invention; la figure 9, montre, dans le plan vertical xOz, l'écart de la surface de la figure 8 par rapport à une parabole des moindres carrés. Le projecteur selon l'invention, représenté schématiquement figure 2, comprend un réflecteur 10, un filament axial 20, et une glace de répartition 30 fermant le projecteur. A la différence des projecteurs classiques à coupelle d'occultation, dans lesquels le filament est disposé en avant du foyer du réflecteur parabolique (l'axe du filament étant confondu avec l'axe du réflecteur, ou parfois décalé vers le haut par rapport à celui-ci), dans le projecteur de l'invention, le filament est décalé vers le haut d'une valeur égale au rayon du filament, en direction radiale, par rapport à l'axe Ox du réflecteur et centré, en direction axiale, sur le foyer F de la zone en forme de parabolotde de ce même réflecteur. Le décalage axial & est tel que la surface émissive du filament soit située sensiblement tangente à l'axe Ox, avec une tolérance maximale, dans un sens ou dans l'autre, de 25 % dfl diamètre du filament, c'est-àdire une tolérance de + 0,3 mm pour un filament de type courant de 1,2 mm de diamètre. Le centrage axial du filament au foyer du parabolofde est réalisé avec une tolérance maximale, dans un sens ou dans l'autre, de 10 % de la longueur du filament, soit une tolérance de + 0,5 mm environ pour un filament de type classique de longueur 5,5 mm. Le réflecteur comprend (figure 3) au moins un secteur en forme de parabololde s 'étendant symétriquement de part et d'autre de l'axe Ox, entre deux plans axiaux, l'un horizontal hh, l'autre cc' faisant avec le premier un angle 0 Les images du filament réfléchies par ces deux zones se placent sur un écran normalisé comme représenté figure 4a : on voit que ces images amorcent la coupure h'Hc en dessous de laquelle elles sont toutes situées, et apportent une concentration de lumière au point normalisé 75 R (voir figure 1) qui est l'un des points où l'éclairement minimal exigé par les règlements est le plus élevé. On notera que, bien que le réflecteur n'ait pas été modifié, par rapport à un réflecteur classique, dans les zones 10a et 10b, il y a cependant doublement du flux lumineux au voisinage de la zone de concentration (points normalisés 75 R et 50 R), par rapport à une solution à coupelle d'occultation, qui n'utilisait que la zone 10 b. En outre, alors que, dans la solution classique, c'est une extrémité du filament que l'on plaçait au foyer F ou en avant de celui-ci, dans la configuration décrite c'est le milieu du filament qui se trouve au foyer. Ce milieu ayant une température, et par suite une luminance, beaucoup plus élevée que l'extrémité du filament, le faisceau sortant a une intensité lumineuse nettement plus élevée dans la zone de concentration. Les zones correspondantes 30a et 30b (figure 5) de la glace de répartition sont lisses ou faiblement déviatrices. Les images issues des zones 10a et 10b du réflecteur étant convenablement positionnées par rapport au faisceau recherché, il n'est pas nécessaire de faire intervenir la glace pour dévier les rayons lumineux. I1 est cependant possible de prévoir des prismes circulaires ou inclinés permettant de dévier légèrement, de manière classique, les images vers la droite. A partir de cette configuration de base, il est possible de renforcer encore le faisceau de croisement en utilisant les rayons lumineux issus des zones situées au-delà des plans axiaux hh' et cc' précités, a savoir les zones référencées 10c, lord, 10e et 10f sur la figure 3. Dans un premier mode de réalisation, ces zones sont constituées de surfaces déflectrices prolongeant sans discontinuité, de part et d'autre des plans axiaux, les secteurs 10a, 10b en forme de paraboloide, la forme de ces surfaces étant telle que celles-ci forment des images du filament dont tous les points soient situés au-dessous de la coupure du faisceau. Par "absence de discontinuité, on entend une continuité assurée au second ordre entre les surfaces déflectrices et les secteurs en forme de paraboloide, c'est- -dire que les rayons de courbure et les centres de courbure des surfaces sont les mêmes de part et d'autre de la ligne de raccordement : cette disposition permet, en pratique, de réaliser des surfaces réelles présentant une très bonne conformité avec les surfaces théoriques, évitant ainsi les défauts qui étaient propres au système a "parabololdes décalés" décrit plus haut. Avantageusement, les surfaces déflectrices seront choisies de manière a former des images du filament ayant toutes leur point le plus haut aligné sur la coupure du faisceau. Le calcul théorique montre que les surfaces définies par les équations suivantes présentent ces propriétés (on supposera que, de préférence, les surfaces réelles ne s'écartent pas,en direction radiale, de plus de 0,15 mm des surfaces théoriques) pour les zones lOc et lOd (partie gauche du faisceau) (équation 1) pour les zones 10e et 10f (partie droite du faisceau) (équation 2) avec e = demi-longueur du filament fo = distance focale du paraboloide = = angle de relèvement de coupure du faisceau (150 dans le cas général) Ox étant l'axe du paraboloide, et le plan xOy étant un plan horizontal, comme représenté sur les figures 2 et 3. On notera que l'équation 2 est simplement déduite de l'équation 1 par une rotation d'un angle d autour de l'axe Ox. Cette rotation permet de transformer la coupure horizontale en une coupure inclinée de l'angle de relèvement. Ces deux surfaces se raccordent suivant une ligne correspondant à leur intersection par un plan axial r'r incliné d'un angle i/2 par rapport à la verticale. Un réflecteur réalisé selon Ces enseignements présente une continuité au second ordre sur toutes sa surface - ce qui le rend, notamment, parfaitement emboutissable en théorie - , à l'exception de la ligne de raccordement r'r, où la continuité n'est assurée qu'au premier ordre. La figure 4b représente les images du filament obtenues sur l'écran normalisé, a la suite de la réflexion sur les surfaces lOc et lOd. Ces images assurent principalement la partie gauche du faisceau, partie qui doit présenter une coupure horizontale. La surface déflectrice choisie permet à toutes les images du filament d'avoir leur point le plus haut G aligné sur l'horizontale h'H, comme on peut le constater sur la figure 4b De même (figure 4c), les surfaces 10e et 10f donnent des images qui assurent principalement la partie droite du faisceau, partie qui doit présenter une coupure relevée Hc, ce qui est obtenu par la rotation précédemment mentionnée permettant de passer de l'équation ( à l'équation (2). Le point le plus haut D de chaque vinage est situé sur la partie relevée Hc de la coupure. Le faisceau résultant, qui est la superposition des images des figures 4a, 4b et 4c, présente ainsi non seulement un flux lumineux d'ensemble accru, mais encore une intensité plus grande dans les zones où celle-ci est recherchée (pointsnormalises75R, 50V, 50R et zone IV). Un tel réflecteur peut être utilisé avec une glace qui améliore, de façon classique, la répartition du faisceau lumineux, notamment par un étalement horizontal. La figure 8 représente un exemple pratique de surface réalisée conformément a l'équation (1) et représentée en courbes de niveau, vue de face (Bien entendu, seules les parties non hachurées 10 c et 10 d seront effectivement utilisées dans le réflecteur de la figure 3). Cette surface correspond a un projecteur rectangulaire de hauteur 84 mm et d'ouverture maximale 154 mm, pour une focale fO= 22,5 mm et un filament de longueur 2 t = 5,5 mm et de diamètre 2= 1,2 mm. La figure 9, montre, dans le plan vertical axial xOz, la trace TS de la surface de la figure 8, comparée à sa parabole de moindres carrés PMC. L'écart normal en séparant les deux courbes a été amplifié par 100 pour des raisons de clarté. Par "parabole de moindres carrés", il faut entendre la parabole telle que l'écart quadratique moyen séparant, en direction normale, cette parabole de la surface considérée soit le plus faible possible. I1 s'agit donc de la "meilleure parabole", celle qui approche au plus près la trace TS. La parabole PMC ainsi trouvée, et représentée figure 9, a une focale de 21,84 mm, un sommet de coordonnés x = 0,03 mm et z = 0,66 mm ; elle est légèrement inclinée vers le bas de 5,63 %. Dans ces conditions, et de façon caractéristique de l'invention, l'écart normal e n reste toujours inférieur à 0,3 mm. Dans le second mode de réalisation, la glace de répartition 30 fait office de moyen déflecteur pour déplacer en dessous de la coupure les images produites par réflexion sur toutes les zones du réflecteur situées au-délà des plans axiaux hh' et cc'. En particulier, le paraboloide des zones 10a et lOb peut être prolongé au-delà des plans axiaux précités : les différentes zones 10a a 10f de la figure 3 sont alors remplacées par un paraboloIde unique de foyer F. Les zones 10a et lOb ne produisant pas d'images situées au-dessus de la coupure (figure 4a), les zones correspondantes 30a et 30b de la glace (figure 5) seront, comme précédemment, lisses ou faiblement déviatrices. Les zones du paraboloide symétriques des zones 10a et 10b par rapport au plan vertical v'v vont produire des images symétriques, par rapport au plan vertical v'v, de celles représentées figure 4, tendant à créer une coupure relevée vers la gauche. Comme il est nécessaire dans cette zone d'avoir une coupure horizontale, il y aura lieu de déplacer les images obtenues de manière à les ramener toutes en dessous de la coupure. Ce déplacement est obtenu par les zones correspondantes 30c et 30d de la glace de réparation, situées entre le plan horizontal hh' et le plan axial dd' (symétrique du plan cc' par rapport au plan horizontal hh'). Le déplacement peut être réalisé de différentes manières ; notamment - par une déviation n des images dans le sens de leur longueur (figure 6a), donc vers le bas et vers la droite, en utilisant soit des prismes circulaires, soit des prismes d'inclinaison moyenne. - en variante, les images peuvent être déplacées verticale ment (figure 6b), ce qui nécessite des déviations plus faibles que dans la variante précédente et donc de faibles surépaisseurs sur la glace de répartition. Cette dé flexion peut éventuellement etre combinée avec un étalement horizontal des images. Les zones du parabololde situées au-delA des plans axiaux cc' et dd' délimitant les secteurs précédemment étudiés vont donner des images telles que celles représentées figure 7. Près de la moitié de la longueur des images est située au-dessus de la ligne de coupure h'Hc. I1 faudra donc rabattre ces images soit verticalement, soit obliquement, et en même temps les étaler. Dans tous les cas ceci entrain des déviations importantes, donc des surépaisseurs de glace importantes. Dans le cas où la glace est réalisée en matière plastique, on peut supporter des surépaisseurs importantes, car le moulage se fait correctement et sans dépouilles. Dans le cas où la glace est en verre, il est difficile d'obtenir par moulage des surépaisseurs importantes. On peut alors prévoir, entre la glace en verre et le réflecteur, un ou plusieurs éléments prismatiques en plastique, facilement moulable. Ces éléments peuvent être sertis ou collés sur la glace ou fixés sur le réflecteur, ou recouvrir la totalité du réflecteur même s'ils n'opèrent une déflexion effective que sur une partie seulement de celui-ci. Bien entendu, les deux modes de réalisation précités peuvent être combinés, les moyens déflecteurs étant alors constitués, pour partie, par des surfaces déflectrices prolongeant le parabololde (secteurs lOc a 10f) et, pour le reste par la glace de répartition, qui coopère avec les surfaces déflectrices de manière que l'ensemble optique forme des images du filament dont tous les points sont situés au-dessous de la coupure du faisceau. Par ailleurs, lorsque le réflecteur est tronqué par deux joues planes 12, 13 (figure 2 ), il peut être avantageux de prévoir que ces joues ne soient pas réfléchissantes, de maniere a éviter une diffusion importante de lumière au-dessus de la coupure. En outre, les essais pratiques ont montré que la partie basse du réflecteur (située en dessous du plan hh') donne de meilleurs résultats, du point de vue de la netteté de la coupure, que la partie haute. On peut alors prévoir un réflecteur dissymétrique, dans lequel la hauteur totale Zl au-dessous de l'axe Ox est supérieure à sa hauteur totale z2 au-dessus de ce même axe. Par exemple, pour une longueur focale fO de 22,5 mm, on peut choisir zl = 50 mm et z2 = 30 mm. REVENDICATIONS 1. Réflecteur (10), notamment pour projecteur de véhicule automobile, coopérant avec une source lumineuse (20) pour émettre un faisceau lumineux situé au-dessous d'une coupure (h'Hc > donnée, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de surfaces (10a, 10f, 10d, 10b, 10e, vioc) se succédant sans discontinuité autour de la source, au moins certaines desdites surfaces étant déterminées en fonction de la position de la coupure et en fonction de la position et des dimensions de la source, de manière que les images de la source projetées par ladite surface aient toutes leur point le plus haut (D, G) situé sensiblement au niveau de la coupure. 2. Réflecteur selon la revendication 1, dans lequel la source lumineuse (20) est une lampe à filament. 3. Réflecteur selon la revendication 2, dans lequel le filament est orienté dans une direction axiale (Ox). 4. Projecteur, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un réflecteur selon l'une des revendications 1 à 3.