Brevet FR2599121A1 — publié le 19871127

-1 La présente invention concerne un projecteur de véhicule automobile destiné à former un faisceau de croisement. Un faisceau de croisement est caractérisé par 5 une coupure, c'est-à-dire par une limite d'orientation générale horizontale au-dessus de laquelle aucun'rayon lumineux ne doit être émis. Sur la figure 1 des dessins annexés est représentée, par une vue de face d'un écran normalisé à 25 mètres, la coupure qui doit être spéci10 fiquement adoptée dans un certain nombre de pays, notamment en Europe. Cette coupure est constituée, pour un sens de circulation à droite, par un demi-plan horizontal h'H s'étendant vers la gauche à partir de l'axe horizontal longitudinal du véhicule, et par un demi-plan 15 Hc s'étendant vers la droite de ce même axe en étant légèrement incliné vers le haut, typiquement d'un angle a égal à 15 degrés. Bien entendu, cette configuration est inversée pour une circulation à gauche. Outre cette coupure, permettant de ne pas éblouir les conducteurs des véhicules venant en sens inverse, il existe aussi un certain nombre d'exigences concernant l'intensité lumineuse en divers points et régions au-dessous de la coupure. En particulier, la "tache de concentration", c'est-à-dire la région du champ d'éclairement dans laquelle la concentration lumineuse doit être maximale, doit être de préférence située légèrement à droite par rapport à l'axe vertical central v'-v passant par le plan longitudinal médian du véhicule, et juste au-dessous de la coupure, et ce afin 30 d'éclairer correctement le bas-côté. Cette concentration est déterminée notamment par la mesure du flux lumineux aux points 75R et 50R, flux qui doit être supérieur à une valeur minimale autorisée. Dans la technique conventionnelle des projec35 teurs de croisement comportant une lampe à filament -2 munie d'une coupelle d'occultation définissant la coupure mentionnée plus haut, d'un réflecteur, et d'une glace de répartition fermant le projecteur, la concentration souhaitée du faisceau telle que définie ci-dessus est aujourd'hui aisément obtenue grâce à des caractéristiques optiques bien spécifiques du réflecteur 'et de la glace. Cependant, la Demanderesse, par sa demande de brevet français N 2 536 502 du 19 novembre 1982, a 10 proposé un projecteur de croisement sans coupelle d'occultation. Plus précisément, la coupure "Européenne" du type défini ci-dessus est obtenue uniquement par une conception spéciale du réflecteur et de la glace. Ce projecteur comprend un réflecteur comportant deux sec15 teurs en forme de paraboloides de révolution d'axe commun, disposés symétriquement par rapport audit axe et délimités par 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 croise20 ment; une lampe à filament axial décalé vers le haut en direction radiale par rapport audit axe; et une glace de répartition placée devant le réflecteur, dont les zones homologues aux deux secteurs en forme de parabololdes sont faiblement déviatrices. Selon cette demande de brevet, les deux secteurs en forme de paraboloides ont le même foyer, situé axialement à l'aplomb du centre du filament, et même distance focale. Un tel projecteur a pour principal avantage un accroissement considérable du flux lumineux de sortie, en raison de la suppression de la coupelle d'occultation. Cependant, en référence à la figure 2 des dessins annexés, qui représente les courbes isocandéla C. de l'éclairement produit par un tel projecteur de la technique antérieure sur un écran normalisé à 25 mètres, la tache de concentration obtenue avec ce projecteur -3 (zone hachurée T) est essentiellement centrée sur l'axe longitudinal du véhicule. Un tel positionnement présente deux inconvénients majeurs. D'une part, une telle tache de concentration centrale est extrêmement sensible aux oscillations verticales du véhicule. Ainsi, lors des variations d'assiette de ce dernier, il apparait dans l'axe de la route des différences d'éclairement très marquées, ce qui conduit à une gêne visuelle, génératrice de fatigue, du conducteur. D'autre part, l'optimisation de 10 la distance de visibilité donnée par un projecteur de croisement conduit à superposer la tache de concentration au point 75R de la réglementation européenne, soit un décalage de ladite tache vers la droite et vers le haut. A cet égard, la solution qui consisterait à décaler cette 15 tache de concentration vers la droite et vers le haut à l'aide de prismes déviateurs ou analogues sur la glace du projecteur est difficile à mettre en oeuvre en pratique, car elle aboutit à une dégradation sensible de la coupure, et à un risque certain d'augmentation des rayons montants, 20 donc éblouissants pour les véhicules venant en face, du - fait des imprécisions inévitables dans la réalisation de la glace de fermeture par moulage. La présente invention vise à proposer un perfectionnement à un projecteur de croisement sans coupelle, 25 grâce auquel on obtienne, outre une coupure tout à fait satisfaisante, une concentration du faisceau lumineux correctement décalée vers la droite par rapport à l'axe longitudinal central du véhicule. A cet effet, l'invention est caractérisée en 30 ce que: - - les deux secteurs en forme de paraboloides ont des distances focales différentes, leurs foyers étant respectivement situés axialement de part et d'autre du centre du filament, et - le réflecteur comporte des surfaces réfléchissantes, s'étendant au-delà desdits plans axiaux -4 et effectuant sans discontinuité la liaison entre les deux secteurs en forme de paraboloides de foyers différents, qui amènent au-dessous de ladite coupure les images du filament qu'elles réfléchissent. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue de face schématique du plan normalisé à 25 mètres qui dicte l'éclairement d'un projecteur de croisement, - la figure 2 représente, dans le plan normalisé à 25 mètres, les courbes isocandéla d'un projecteur de 15 croisement sans coupelle de l'art antérieur, - la figure 3 est une vue en coupe verticale longitudinale schématique d'un projecteur de croisement conforme à la présente invention. - la figure 4 est une vue de dos du réflecteur 20 du projecteur de la figure 3, - la figure 5 est une vue à échelle agrandie, en coupe verticale longitudinale, d'un détail du projecteur des figures 3 et 4, - les figures 6 à 8 sont des vues de face des 25 images réfléchies du filament sur un écran normalisé à mètres, pour trois zones différentes du réflecteur des figures 3 et 4, et - la figure 9 représente, par un certain nombre de courbes isocandéla, l'éclairement obtenu avec le projecteur des figures 4 et 5 sur l'écran normalisé. Les figures 1 et 2 ont été décrites au cours de la discussion faite en introduction. Ii n'est pas nécessaire d'y revenir. Sur les figures 3 et 4 est représenté un pro35 jecteur de croisement selon une forme de réalisation préférée de l'invention. -5 Il comprend une lampe munie d'un filament axial , un réflecteur 200 et une glace de répartition 300 fermant le projecteur à l'avant de celui-ci. A la différence des projecteurs classiques à 5 coupelle d'occultation, dans lesquels le filament est disposé en avant du foyer du réflecteur parabolique et son axe est le plus souvent confondu avec l'axe optique du réflecteur, le filament 100, qui peut être schématisé par un cylindre de longueur 2 et de rayon r, est ici 10 décalé vers le haut d'une distance égale à son rayon r par rapport à l'axe optique Ox du projecteur. De cette manière, la surface émissive du filament est essentiellement tangente audit axe Ox. Le-réflecteur ou miroir 200 est subdivisé en 15 plusieurs secteurs 201 à 206. Ces six secteurs sont séparés par des plans axiaux, à savoir le plan horizontal xOy, un plan xOs qui fait avec le plan xOy un angle i égal à l'angle de relèvement à droite de la coupure de faisceau de croisement telle que représentée sur la figure 1, de 20 l'ordre de 15 degrés, et un plan xOt qui fait avec la verticale z'-z un angle =4 Les plans xOy et xOs définissent entre eux deux secteurs 201 et 202 qui sont chacun en forme de paraboloide. Plus précisément, le foyer du premier secteur parabolique 25 201 est indiqué en F1 sur les figures 3 et 5, et est situé à proximité de l'extrémité axiale arrière du filament. Le foyer F2 du second secteur parabolique 202 est quant à lui situé à proximité de l'autre extrémité du filament. Les distances focales correspondantes f1 et f2 sont déterminées pour que ces foyers F1 et F2 soient situés, de part et d'autre du centre F du filament en direction o axiale, à égale distance de celui-ci, comme on le verra en détail plus loin. -6 Les images du filament 100 réfléchies par ces deux secteurs se placent sur l'écran normalisé à 25 mètres comme indiqué sur la figure 6. Comme on peut l'observer, ces images P12 amorcent la coupure h'Hc,en étant situées juste au-dessous de celle-ci, tout en apportant une concentration de lumière dans la région située à droite de la référence verticale centrale v'v, pour ainsi favoriser grandement l'obtention des flux lumineux convenables aux points normalisés 50R et 75R de la réglementation européenne, o l'éclairement minimal exigé par les règlements est le plus élevé. On peut noter ici que, par rapport au feu de croisement sans coupelle de la demande de brevet N 82 19382 de la Demanderesse, on obtient, grâce aux deux foyers F1 et F2 disposés symétriquement autour du centre FO du filament, un tel décalage à droite de la tache de concentration tout en conservant l'avantage du doublement du flux lumineux dans la zone de concentration par rapport à un feu de croisement classique avec 20 coupelle d'occultation. On peut noter également que, les images issues des zones 201 et 202 du réflecteur étant convenablement positionnées pour créer en partie le faisceau recherché, tant en ce qui concerne la tache de concentration que de la coupure inclinée, il n'est pas nécessaire de faire intervenir des éléments optiques correcteurs importants sur la glace de fermeture 300 du projecteur pour dévier les rayons lumineux. Les zones de la glace homologues des zones 201 et 202 seront donc non déviatrices ou faible30 ment déviatrices. A partir de cette configuration de base, on utilise selon l'invention les autres secteurs 203 à 206 du réflecteur, d'une part pour renforcer l'intensité du faisceau, et d'autre part pour mieux définir la cou35 pure h'H dans le demi-plan de gauche. Comme on le verra --7 en détail plus loin, ces secteurs sont déterminés de manière à ce que les images du filament qu'ils forment aient toutes leur point le plus haut situé sur la coupure h'Hc, ou tout au moins au très proche voisinage de celle-ci. Selon la présente invention, ces zones-2*03 à 206 sont constituées par des surfaces déflectrices qui assurent avec une continuité au second ordre la transition entre les secteurs 201 et 202 en forme de para10 boloides de foyers différents, respectivement dans la région supérieure et dans la région inférieure du réflecteur. On peut rappeler ici que la continuité au second ordre d'une surface est assurée par le fait qu'en tout point 15 d'une ligne quelconque tracée sur la surface, les plans tangents sont les mêmes de part et d'autre de cette ligne. En pratique cela se traduit par l'absence de cassures dans la surface. Cette disposition permet, en pratique de réaliser des surfaces réelles présentant une très bonne -20 conformité avec les surfaces théoriques qui vont être indiquées ci-dessous, et dans lesquelles aucune anomalie optique n'est constatée. Sous un aspect purement mathématique, l'invention peut être mise en oeuvre avec les équations ci25 dessous. Les zones paraboloidales 201 et 202 de foyers différents ont pour équation: y2 + z2 x =z (1) 4fh o: fh = f + y o -8 Dans cette équation (x, y, z) sont les coordonnées cartésiennes selon les axes représentés sur les figures 3 et 4, -fo est une distance focale imaginaire, égale à la distance suivant Ox entre l'origine O et le centre axial, appelé FO du filament 100, -t est la demi-longueur du filament, -r est le rayon du filament, et -n est un paramètre réel positif choisi dans 10 l'intervalle [1, +oo]. Avec cette équation du type paraboloide, on comprend que la zone 201, qui se distingue entre autres de la zone 202 par y >0, a pour distance focale fl = fo + Un, et que la zone 202 a pour distance focale f2 = fo - L/n, distances qui correspondent respectivement aux foyers F1 et F2 sur les figures 3 et 5. f est donc la moyenne des focales des secteurs respectifs 201 et 202. De cette manière, on comprend que les images du filament 100 vont être décalées vers la droite aussi - bien par le secteur 201 que par le secteur 202, pour amorcer la coupure inclinée selon Hc, comme représenté sur la figure 6. A cet égard, et un tel décalage étant fonction du paramètre n, on choisira la valeur de ce 25 dernier de telle sorte que la tache de concentration ainsi déterminée soit sensiblement superposée avec le point "75R" de la réglementation européenne. Les zones 203 et 204 sont déterminées par l'équation suivante: 2 2 x = - + (2) 4 4f (4fhfv + y2) 4f2 + y2 -9. avec etf- =f f+. avec fh = fo + n y o - I ' z [ 2 4 +)l les constantes, paramètres et variables étant les mêmes que ci-dessus. Les images P34 du filament 100 engendrées par ces zones, comme le montre la figure 7, déterminent majoritairement la coupure horizontale de gauche du faisceau. Les zones 205 et 206, selon la présente forme de réalisation préférée de l'invention, ont pour équa10 tion: = (ycosU + zsin)2 (zcos". ysin" 2 th4 hf{4fh f.v + (ycosd +zsin) 3 42h + (ycosL + zsind)2 avec f = f + ycosc4 + zsinc h o n lycosd + zsind.l et f = f zcoscc - ysinç i+ r + r + zcos- ysin v o jzcose - ysinDl + 2 4 Izcos- ysin.lj les constantes, paramètres et variables étant comme ci15 dessus, et l'angle0 ayant dans le présent exemple une valeur de 15 , soit l'angle du demi-plan Hc de la coupure à droite par rapport à l'horizontale h'-h. On peut observer que cette équation (3) est déduite de l'équation (2) indiquée plus haut par un changement de coordonnées correspondant à une rotation de l'angle " autour de l'axe Ox. Cette rotation permet en particulier d'assurer la continuité au second ordre avec les surfaces en forme de paraboloides 201 et 202 au niveau des demi-plans xOs', xOs inclinés de l'anagle q, ces deux demi-plans étant définis par l'équation z/y = tg(v), soit zcos, - ysinc. = 0. -10 Les images P56 des surfaces réfléchissantes 205 et 206, comme le montre la figure 8, définissent principalement la coupure inclinée Hc de la partie droite du faisceau, en prolongeant la coupure déjà 5 amorcée au niveau de la tache de concentration par les zones 201 et 202. On peut démontrer, par un calcul qu'il n'est pas nécessaire de reproduire ici, que les surfaces des six zones 201 à 206 présentent à leur transition une continuité au second ordre, à l'exception de la transition selon les demi-plans xOt' et xOt, o un léger défaut de continuité au second ordre est constaté dans la théorie, comme on le démontrera plus loin. En ce qui concerne la continuité des surfaces au 15 premier ordre, on vérifie aisément que les diverses surfaces 201 à 206 ont des traces identiques deux à deux lorsqu'on les coupe par les plans qui assurent leur séparation. Plus précisément, et comme on l'a déjà vu, la 20 surface 201 est un paraboloide defocale f= fo-. Les traces de cette surface dans les demi-plans xOy' et xOs' sont donc des paraboles de même foyer f1 = fo - Par un raisonnement identique, on démontre que les traces de la surface 202 dans ses demi-plans de limite xOy et xOs 25 sont des paraboles de focale f2 = f0 + En ce qui concerne la trace de la zone 203 dans le demiplan xOy', qui est défini mathématiquement par y la continuit avecla surface 201. la continuité avec-la surface 201. -11 De même, on démontre que la trace de la surface 204 dans le demi-plan xOy (y > o, z = o) est une parabole de focale fo + = f2; la continuité est encore vérifiée. Le raccordement entre les surfaces 201 et 205 s'effectue dans le demiplan xOs', d'équation zcosol -ysin4 =o, avec ycos c + zsino o, - l'équation (3) devient x.= (ycosot + zsino)2 15x= 4 fh avec fh = fo + - (+1), soit une parabole de focale n 0 n +f f2 fo n 2 Dans ces deux derniers cas, la continuité (au premier ordre tout au moins) est encore démontrée. Il faut maintenant aborder les caractéristiques du raccordement entre les surfaces 203 et 206 et les surfaces 204 et 205, dans les demi-plans xOt et xOt', 25 respectivement. En première approximation, on va tout d'abord déterminer les traces fictives des surfaces 203 et 204 dans le plan vertical en les prolongeant fictivement jusqu'audit plan. Le demi-plan vertical supérieur xOz est déterminé par y = o et z > o. L'équation (2) devient ainsi: -Z2 z2 rr 4fh(f--, avec fv= fo-(+l) + 2+ î (1+(+1 4fh(4fh f 4fv r 4fh2: f- r -12 La trace fictive de la surface 203 dans le demiplan vertical supérieur est donc une parabole de focale f3 = f0-i - r, correspondant à un foyer F3 dont la position en arrière du filament 100 est représentée sur la figure 5. On détermine de la même manière la trace fictive de la surface 206 prolongée au-delà du plan de 'séparation xOt, jusqu'au plan xOu perpendiculaire au plan xOs. Le demi-plan supérieur xOu a pour équation ycos o.. L'équation (3) devient 10 x = (zcosg -ysin soit une parabole de focale f6 = fo'z r, égale à f3. (voir figure 5). Ainsi, et du fait de la symétrie qui existe entre les surfaces 203 et 206 par rapport au plan xOt déterminant la transition entre celles-ci, on peut affirmer que lesdites surfaces ont même trace dans ce plan de transition et que cette trace est relativement proche de la trace parabolique de focale f3 = f 6= fo- r existant de part et d'autre du raccordement. On constate qu'en théorie, la continuité au second ordre n'est localement pas réalisée, mais qu'il existe dans 25 le demiplan de raccordement xOt un très léger coude. Cependant, dans la pratique, ce défaut sera atténué lors des étapes d'usinage et de polissage du réflecteur ou de son moule, jusqu'à disparaître et n'engendrer aucun défaut apparent dans la lumière projetée. D'une manière analogue, la trace fictive de la surface 204, prolongée audelà du raccordement xOt', lorsqu'elle est coupée par le demi-plan vertical inférieur xOz', d'équation y = o et z figure 5. En correspondance, la trace fictive de la surface 205 d'équation (3) prolongée jusqu'au demi-plan inférieur 10 xOu', d'équation ycoso + zsin = o avec zcosv - ysinc soit une parabole de focale f5 = fo ++ r = f. Par un raisonnement analogue à celui qui précède, les surfaces 204 et 205 ont même trace dans le demi-plan de - 20 raccordement xOt', trace qui peut être considérée comme relativement proche d'une parabole de focale f4=f5=fo+ + 2 (foyers F4 = F5 sur la figure 5) caractérisant deux traces fictives des surfaces raccordées, à faible distance angulaire de part et d'autre du raccordement. On va indiquer ci-dessous des valeurs numériques possibles pour les différentes variables et constantes des équations (1) à (3), ces valeurs étant particulièrement bien adaptées à l'emploi dans le projecteur de croisement d'une lampe du type HlA: 30 t = 2,75 mm r = 0,6 mm f = 22,5 mm, et O n = 1,375 Ces valeurs conduisent aux distances focales 35 suivantes: -14 - f1 = 20,5 mm pour le paraboloide 201, - f2 = 24,5 mm pour le paraboloide 202, - f3 = f6= 19,15 mm environ pour la pseudo- parabole de transition entre les zones 203 et 206) et - f4 = f5 = 25,55 mmn environ pour la pseudo-parabole de transition entre les zones 204 et 205). Bien entendu, un tel réflecteur sera utilisé avec une glace destinée à améliorer la répartition du faisceau, et notamment à effectuer un étalement horizontal. De préférence, les zones de la glace homologues des secteurs 201 et 202 du réflecteur, qui participent majoritairement à la création et au positionnement bien déterminé de la tache de concentration, seront lisses ou faiblement déviatrices. Mais dans tous les cas, la glace 300 fermant 15 le projecteur sera conçue pour n'effectuer sensiblement aucune déviation verticale, afin de ne pas dégrader la coupure satisfaisante obtenue par la conception spécifique du réflecteur, et en particulier de ne pas augmenter l'éclairement éblouissant au point normalisé B50 (voir 20 figure 1). Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisatioh décrite ci-dessus, mais inclut toute variante conforme à son esprit. En particulier, on pourra déterminer d'autres surfaces que celles définies par les équations (2) et (3) pour assurer la transition continue entre les surfaces 201 et 202 tout en rabattant les images du filament audessous de la coupure. Enfin, la description ci-dessus se réfère à un 30 sens de circulation à droite. Il est bien entendu que, pour un sens de circulation à gauche, l'homme de l'art sera effectuer la symétrie appropriée par rapport au plan vertical. -15 REVENDICATIONS 1.- Projecteur de croisement pour véhicule automobile, comprenant - un réflecteur (200) comportant deux secteurs 5 (201,102) en forme de paraboloides de révolution d'axe commun, disposés symétriquement par rapport audit-.axe et délimités par deux plans axiaux, l'un horizontal, et l'autre faisant avec ce dernier un angle égal à l'angle de relèvement W) de la coupure (h'Hc) du faisceau de 10 croisement, - une lampe à filament axial (100) décalé vers le haut en direction radiale par rapport audit axe, et - une glace de répartition (300) placée devant le réflecteur, dont les zones homologues aux deux sec15 teurs en forme de paraboloides sont non déviatrices ou faiblement déviatrices, caractérisé en ce que: - les deux secteurs (201,202) en forme de paraboloides ont des distances focales (fl,f2) différentes, 20 leurs foyers étant respectivement situés axialement de part et d'autre du centre du filament, et - le réflecteur comporte des surfaces réfléchissantes (203,204,205, 206), s'étendant au-delà desdits plans axiaux et effectuant sans discontinuité 25 la liaison entre les deux secteurs en forme de paraboloides de foyers différents, qui amènent au-dessous de ladite coupure les images du filament qu'elles réfléchissent. 2.- Projecteur de croisement selon la revendi30 cation 1, caractérisé en ce que les foyers (F1,F2) des deux secteurs en forme de paraboloides (201, 202) sont disposés, en direction axiale, à égale distance du centre (Fo) du filament, de part et d'autre de celui-ci. O 3.- Projecteur de croisement selon la revendi35 cation 2, caractérisé en ce que les foyers (F1,F2) des -16 deux secteurs en forme-de paraboloides (201,202) sont disposés, en direction axiale, à une distance du centre (F O) du filament inférieure à la moitié de la longueur (24) du filament (100). 4.- Projecteur de croisement selon la revendication 3, caractérisé en ce que les secteurs (201,202) en forme de paraboloides sont définis par l'équation: 2 2 x + (1) 4Fh h avec Fh = fo+, et en ce que les surfaces réfléchissantes sont définies par les équations: 2 2 x y + z 2-(2) x 4Fh+4FFh.(4Fh.Fv + y (2) 2 2 4Fh2 + y avec F =fo y etF = f 0 r et =(ycosxC + zsinoc) 2 (zcosck- ysind) 2 4F h j4Fh[4FhF + (ycos + zsint.) 2l I4 4Fh' + (ycos + zsin)2 J 4Fh2 + (ycosd, + zsin)2 avec F= f + Q ycos& + zsinf et h o n lycosz + zsin e F = f _zcos - ysin. L[ r r ( 1 zcos - ysinV v o,zcosiyi 2 4 zco - ysinre - tli o fo est une distance focale imaginaire correspondant à un foyer situé axialement au centre du filament, est la demi-longueur du filament, r est le rayon du filament, et n est une constante choisie dans l'intervalle (i,+CO). -17 5.- projecteur de croisement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle (C) qui sépare les deux plans axiaux délimitant les secteurs (201, 202) en forme de paraboloides est d'environ 15 . 6.- Projecteur de croisement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le filament (100) est décalé vers le haut d'une distance égale à son rayon (r) par rapport audit axe.