Brevet FR2711215A1 — publié le 19950421

La présente invention concerne d'une façon générale les feux de signalisation pour véhicules automobiles, et en particulier un feu de signalisation pour véhicule automobile, du type comprenant une pluralité de sources lumineuses de faibles puissance, une glace de fermeture disposée en avant des sources et une plaque intermédiaire comportant des aménagements optiques et disposée entre les sources et la glace de manière à obtenir un faisceau de photométrie désirée. Classiquement, une telle plaque intermédiaire permet de réaliser un travail optique bien plus complexe que la glace elle-même, dont la surface extérieure est impérativement lisse pour des raisons réglementaires. Ainsi il est conventionnel de prévoir sur la plaque intermédiaire au droit de chaque source des éléments de concentration de flux tels que des échelons de Fresnel, et sur la face intérieure de la glace des billes ou analogues de diffusion et d'étalement du flux. Une autre solution connue consiste à prévoir les échelons de Fresnel sur la face intérieure de la plaque intermédiaire et les billes ou analogues sur sa face extérieure, auquel cas la glace est lisse sur ses deux faces. Mais dans tous les cas, on prévoit d'assurer tout d'abord une concentration de flux suivant l'axe optique, et seulement en aval de cette concentration une diffusion ou un étalement du faisceau. La présente invention est basée sur la découverte du fait qu'un comportement optique efficace pouvait également être obtenu en effectuant d'abord un étalement ou diffusion des faisceaux engendrés par les sources, puis en exposant le flux étalé ou diffusé à un traitement de concentration. Par ailleurs, une difficulté des feux de signalisation comportant un grand nombre de sources de faible puissance telles que des diodes électroluminescentes réside en ce qu'il est difficile d'obtenir avec de type de source des faisceaux ayant un fort éclairement à la fois dans l'axe et de façon sensiblement inclinée par rapport à cet axe, et en particulier des faisceaux antibrouillard arrière. Concrètement, l'homologation d'un tel faisceau demande des niveaux d'éclairement importants à la fois dans l'axe et en quatre points correspondant à quatre directions décalées angulairement à gauche, à droite, au-dessus et au-dessous de l'axe. La présente invention vise également à proposer une solution originale pour satisfaire à ces critères avec un feu multi-sources tel qu'un feu à diodes électroluminescentes. Ainsi la présente invention concerne, selon un premier aspect, un feu de signalisation pour véhicule automobile, du type comprenant une pluralité de sources lumineuses de faible puissance, une glace de fermeture disposée en avant des sources et une plaque intermédiaire de traitement optique disposée entre les sources et la glace, caractérisé en ce que ladite plaque intermédiaire comprend sur sa face tournée vers les sources des aménagements ordonnés d'étalement de flux lumineux et sur sa face tournée vers la glace des aménagements de concentration de flux lumineux. Des aspects préférés, mais non limitatifs, du feu selon l'invention sont les suivants: - lesdits aménagements de concentration de flux lumineux comprennent, au droit de chaque source, un jeu d'échelons de Fresnel focalisés au voisinage de ladite source. - lesdits aménagements d'étalement de flux lumineux comprennent des éléments à surface sphérique ou des prismes. - les prismes sont constitués par un réseau de sillons de profil en '"V" orientés selon deux directions essentiellement transversales et délimitant des zones non déviatrices à faces parallèles, les sillons définissant quatre directions privilégiées de déviation de la lumière. - le feu comprend en outre, entre la plaque intermédiaire et les sources lumineuses, une autre plaque intermédiaire dans laquelle sont formés, au droit des sources respectives, des renfoncements réfléchissants de récupération de flux. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un feu de signalisation pour véhicule automobile, du type comprenant une pluralité de sources lumineuses de faible puissance, et une plaque transparente de traitement optique disposée en avant des sources, caractérisé en ce que ladite plaque de traitement optique comprend sur sa face tournée vers les sources des aménagements prismatiques ordonnés d'étalement de flux lumineux constitués par un réseau de sillons de profil en "V" orientés selon deux directions essentiellement transversales et délimitant des zones non déviatrices à faces parallèles, les sillons définissant quatre directions privilégiées de déviation de la lumière. La plaque de traitement optique est constituée soit par une plaque intermédiaire s'étendant entre la glace et les sources, soit par la glace du feu, auquel cas il est en outre prévu une plaque intermédiaire comportant des aménagements optiques de concentration de flux. Pour un feu de brouillard arrière, les sillons s'étendent horizontalement et verticalement et les quatre directions privilégiées de déviation correspondent sensiblement aux directions de quatre points normalisés d'homologation du faisceau de brouillard engendré. Dans tous les modes de réalisation, les sources lumineuses consistent de préférence en des diodes électroluminescentes. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale axiale d'une partie d'un feu de signalisation selon une première forme de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue en coupe verticale axiale d'une partie d'un élément selon une variante du feu de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe d'une partie d'un élément d'un feu selon une autre forme de réalisation de l'invention, la figure 4 est une vue en perspective de l'intérieur de l'élément de la figure 3, la figure 5 est une vue en coupe verticale axiale d'une partie d'un feu de signalisation équipé de l'élément des figures 3 et 4, la figure 6 est une vue en coupe verticale axiale d'une partie d'un feu équipé d'un élément analogue à celui des figures 3 et 4, et les figures 7 à 9 illustrent, par des courbes d'éclairement en candélas en fonction de l'angle d'émission, la photométrie de différents feux de signalisation réalisés selon l'invention. En référence tout d'abord à la figure 1, on a représenté un feu de signalisation qui comprend une pluralité de sources lumineuses de faible puissance, en l'espèce des diodes électroluminescentes (DEL) 10 de type "Brewster", comprenant un boîtier 11, une fenêtre sensiblement hémisphérique 12 de sortie de lumière, et des pattes de connexion 13 par exemple pour le soudage du composant 10 sur un circuit imprimé (non représenté). Le feu comprend en outre une plaque d'ossature et de récupération de flux 20 comprenant, au droit de chaque source 10, un cône rentrant 21 dont le fond comporte une ouverture circulaire de diamètre sensiblement égal à celui de la fenêtre 12 de sortie de lumière de ladite source, et s'ouvrant par une autre ouverture circulaire de plus grand diamètre. Les parois intérieures du cône sont métallisées de manière à récupérer le flux émis dans sa direction par la DEL. Les divers cônes 21 sont reliés ensemble par des zones planes 22 en l'espèce perpendiculaires à la direction générale d'émission lumineuse, notée x-x. On observera également que la plaque 20 permet d'obtenir un feu de signalisation dans laquelle les diverses sources, constituées par la DEL 10, le cône 21 et les aménagements associés de la plaque 30, sont bien individualisés, en l'espèce sous forme de cercles isolés les uns des autres, dans la plage éclairante du feu allumé. Le feu comprend également une plaque d'optique 30 qui comprend, au droit de l'ouverture de chaque cône 21, des aménagements optiques destinés à concentrer et homogénéiser le flux lumineux issu de l'ensemble DEL/cône associé. Selon un aspect de la présente invention, et de façon surprenante, on prévoit les aménagements de concentration de flux sur la direction x-x sur la surface extérieure de la plaque 30, et des aménagements d'étalement et d'homogénéisation sur sa surface intérieure, la technique conventionnelle étant l'inverse. Dans le présent exemple, les aménagements de concentration de flux comprennent en association avec chaque cône 21 une lentille convergente à échellons de Fresnel 32, concentrique à l'axe x-x et focalisée au voisinage de la fenêtre 11 de la source associée 10. Et les aménagements d'étalement et d'homogénéisation comprennent une série de tores concaves 31, en vis-à-vis des échelons de Fresnel. La combinaison de ces aménagements conduit à une répartition angulaire du flux qui présente une valeur élevée suivant l'axe x-x et qui varie de façon progressive à mesure que l'on s'écarte de cet axe, cette répartition variant bien entendu en fonction des paramètres géométriques des aménagements 31 et 32. Plus précisément, on a constaté qu'en utilisant des billes ou des tores de rayons et de pas calculés pour engendrer une déviation maximale de l'ordre de 7 à 30 , on obtenait (comme on va le voir plus loin) un arrondissement régulier de la courbe extrêmement étroite (lumière dans l'axe) obtenue avec une lentille de Fresnel seule. Dans cette forme de réalisation, tout le travail optique étant effectué par la plaque d'optique 30, la glace ou voyant de fermeture du feu, désignée par 40, est lisse sur ses deux faces. La figure 2 illustre une variante de réalisation de la plaque d'optique 30, dans laquelle les aménagements 31 prévus du côté intérieur de la plaque 30 consistent en des billes convexes, notamment sphériques. Bien entendu, toutes sortes d'aménagements 31 peuvent être envisagées par l'homme de l'art, en fonction de la photométrie à respecter. Il peut s'agir notamment de billes, de tores, de prismes, de stries cylindriques ou prismatiques, etc... En outre, ces aménagements 31 peuvent être prévus pour assurer un étalement de la lumière différent selon l'horizontale (répartition lumineuse en azimut) et selon la verticale (répartition lumineuse en site). Les figures 3 et 4 illustrent des aménagements optiques particuliers qui, comme on le verra plus loin, peuvent être prévus soit sur la face de préférence intérieure d'une plaque d'optique 30, soit sur la face intérieure d'un voyant externe 40 (cas illustré sur les figures 3 et 4). Selon cet aspect de l'invention, les aménagements optiques consistent en des sillons prismatiques 41 qui séparent les unes des autres des zones 42 à faces parallèles et par conséquent non déviatrices. Dans une forme de réalisation de base, le profil du voyant est le même horizontalement et verticalement, c'est-à-dire que des sillons horizontaux et verticaux de même profil séparent des zones à faces parallèles 42 de forme carrée. Les sillons 41 sont en l'espèce constitués de deux faces faisant chacune un angle noté A par rapport à la normale au plan du voyant (figure 3). La largeur des sillons est notée L, tandis que la distance qui les sépare (côté des zones 42) est notée D. De tels aménagements optiques sont avantageusement utilisés dans un feu arrière de brouillard, dont les règlements photométriques imposent des éclairement minimaux à respecter suivant l'axe optique x-x, suivant deux directions décalées latéralement de part et d'autre de l'axe, et suivant deux autres directions décalées vers le haut et vers le bas de part et d'autre de l'axe. En effet, les éléments prismatiques constitués par les deux faces de chaque sillon vertical définissent deux directions de déviation latérales privilégiées, pour un rayonnement incident proche de la normale au voyant 40, et il est aisé de calculer l'angle A pour que l'angle de ces déviations corresponde à celui des points de mesure d'un faisceau de brouillard arrière. De même, l'orientation des faces des sillons horizontaux est calculée de manière à créer deux directions de déviation priviligiée correspondant chacune à un point de mesure décalé verticalement (au- dessus ou au-dessous) par rapport à l'axe x-x. Ainsi, dans le cas des normes européennes qui prévoient deux points de mesure décalés horizontalement de +10 et -10 , respectivement, et deux autres points de mesure décalés verticalement de +5 et de - 5 , respectivement, on calcule deux angles de prisme Av et Ah respectivement pour les sillons verticaux et horizontaux, destinés à privilégier la déviation, respectivement verticalement et horizontalement selon les angles précités. On comprend également que le rapport entre les valeurs de D et de L détermine la proportion du rayonnement soumis à déviation, et permet donc de priviligier l'éclairement aux points de mesure décalés au détriment du point de mesure suivant l'axe x-x ou réciproquement. Ici encore, on peut utiliser si nécessaire des paramètres différents pour les sillons horizontaux (paramètres Dh, Lh) et pour les sillons verticaux (paramètres Dv, Lv). On notera enfin que le "remplissage" du faisceau dans le losange délimité par les points de mesure précités s'effectue sans avoir à prendre de dispositions additionnelles, grâce aux imperfections de surfaces des éléments optiques et aux réflexions parasites. La figure 5 illustre une forme de réalisation de l'invention, dans laquelle aucune plaque à cônes 20 n'est prévue, ceci afin d'obtenir, toujours avec une série de DELs 10, une plage éclairante continue, c'est-à-dire dans laquelle les diverses sources ne sont pas individualisées. Le feu de la figure 5 est équipé d'un voyant 40 tel qu'illustré sur les figures 3 et 4. En amont du voyant, on a prévu, outre les DELs 10, une plaque d'optique 30 dont la face intérieure est en l'espèce lisse et dont la face extérieure comporte des échelons de Fresnel 32, comme dans le cas de la figure 1. Ainsi les DELs 10 et les lentilles associées 32 permettent d'appliquer à la face interne du voyant 40 un rayonnement relativement concentré sur l'axe x-x, et les aménagements 41, 42 du voyant remplissent le rôle décrit plus haut. La figure 6 illustre une autre forme de réalisation dans laquelle des aménagements à sillons séparant des zones à faces parallèles sont prévus non pas sur la face intérieure du voyant 40, qui est ici entièrement lisse sur ses deux faces, mais sur la face intérieure de la plaque d'optique 30. Les sillons sont indiqués en 33 et délimitent des zones à faces parallèles indiquées en 34. On retrouve dans cette forme de réalisation la caractéristique de la forme de réalisation de la figure 1, selon laquelle l'étalement du faisceau est réalisé en amont de sa concentration. Les figures 7 à 9 illustrent, par des courbes indiquant l'éclairement obtenu (en candélas) en fonction de l'écart angulaire a (en degrés) latéralement par rapport à l'axe optique x-x, la répartition lumineuse horizontale obtenue avec un certain nombre de feux de signalisation conçus selon la présente invention. La figure 7 illustre en traits pleins (courbe Cl), à titre de référence, l'éclairement obtenu avec une diode électroluminescente 10 et une plaque d'optique 30 dont la face intérieure est lisse et dont la face extérieure comporte des échelons de Fresnel 32. La courbe C2 (tiretés) montre la répartition obtenue avec, sur la face intérieure de la plaque 30, des billes sphériques d'un pas de 2,5 mm et d'un rayon de 4,2 mm (c'est-à-dire assurant une déviation maximale d'environ 17 . On observe une bonne régularité de l'éclairement dans une plage relativement large, s'étendant au delà de 10 de part et d'autre de l'axe. La figure 8 illustre les résultats obtenus avec un ensemble de soixantedix diodes 10 toutes équipées des mêmes aménagements optiques. La courbe C3 en traits pleins montre la répartition obtenue avec un feu réalisé selon la figure 6, avec des sillons 30 calculés pour engendrer une déviation latérale de 10 et occupant 44% de la surface de l'élément 30. On observe que les éclairements exigés aux points de mesure à 0 , +10 et -10 sont largement satisfaits, l'éclairement minimal demandé étant représenté par la zone hachurée. La courbe C4 (en tiretés) illustre le cas o la plaque d'optique 30 comporte sur sa face extérieure des échelons de Fresnel et sur sa face intérieure des billes sphériques d'un pas horizontal de 4 mm, d'un pas vertical de 2,4 mm et d'un rayon de 4 mm (forme de réalisation de la figure 2). Et la courbe C5 (en traits mixtes) illustre le cas o la plaque 30 est munie sur sa face intérieure de billes ayant les mêmes pas mais un rayon de 5 mm. Les exigences pour un feu de brouillard arrière sont là encore satisfaites. Enfin la figure 9 montre les courbes obtenues avec deux diodes équipés d'aménagements optiques selon la figure 1 (tores sur la face intérieure de la plaque d'optique 30). La courbe C6 (en traits pleins) correspond à des tores d'un pas horizontal de 4 mm, d'un pas vertical de 2,4 mm et d'un rayon de 5 mm, tandis que la courbe C7 (en traits tiretés) correspond au cas o les tores présentent les mêmes pas mais un rayon de 4 mm. On observe également dans le cas des figures 8 et 9 que la répartition angulaire du faisceau en direction horizontale est bien régulière. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Feu de signalisation pour véhicule automobile, du type comprenant une pluralité de sources lumineuses (10) de faible puissance, une glace de fermeture (40) disposée en avant des sources et une plaque intermédiaire (30) de traitement optiques disposée entre les sources et la glace, caractérisé en ce que ladite plaque intermédiaire comprend sur sa face tournée vers les sources des aménagements ordonnés (31; 33, 34) d'étalement de flux lumineux et sur sa face tournée vers la glace des aménagements (32) de concentration de flux lumineux. 2. Feu selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits aménagements de concentration de flux lumineux comprennent, au droit de chaque source (10), un jeu d'échelons de Fresnel (32) focalisés au voisinage de ladite source. 3. Feu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits aménagements d'étalement de flux lumineux comprennent des éléments à surface sphérique (31). 4. Feu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits aménagements d'étalement de flux lumineux comprennent des prismes (33). 5. Feu selon la revendication 4, caractérisé en ce que les prismes sont constitués par un réseau de sillons de profil en "V" (33) orientés selon deux directions essentiellement transversales et délimitant des zones non déviatrices à faces parallèles (34), les sillons définissant quatre directions privilégiées de déviation de la lumière. 6. Feu selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il constitue un feu de brouillard arrière, en ce que les sillons (33) s'étendent horizontalement et verticalement et en ce que les quatre directions privilégiées de déviation correspondent sensiblement aux directions de quatre points normalisés d'homologation du faisceau de brouillard engendré. 7. Feu selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre la plaque intermédiaire (30) et les sources lumineuses, une autre plaque intermédiaire (20) dans laquelle sont formés, au droit des sources respectives, des renfoncements réfléchissants (21) de récupération de flux. 8. Feu selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sources lumineuses (10) consistent en des diodes électroluminescentes.