Brevet FR2732656A1 — publié le 19961011

La présente invention concerne le domaine des dispositifs indicateurs comprenant au moins une source lumineuse, notamment le domaine des tableaux de bord, pour véhicules automobiles. La présente invention a pour but de perfectionner les moyens formant source lumineuse pour indicateurs utilisés sur véhicules automobiles. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif comprenant au moins une source lumineuse et une pièce optique en matériau optiquement transparent, au moins sensiblement de révolution autour d'un axe optique passant par le centre optique de la source lumineuse, laquelle pièce optique comprend, d'une part une surface centrale d'entrée placée en regard de la source lumineuse, apte à dévier par réfraction le faisceau qu'elle reçoit de la source lumineuse pour former un faisceau au moins sensiblement parallèle à l'axe optique, et d'autre part une surface périphérique de type parabolique dont le foyer coïncide au moins sensiblement avec le centre optique de la source, apte à dévier par réflexion le faisceau qu'elle reçoit de la source, également au moins sensiblement parallèlement à l'axe optique. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un dispositif optique conforme à la présente invention, et - les figures 2 et 3 représentent deux variantes de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. Comme on l'a indiqué précédemment, le dispositif optique conforme à la présente invention comprend essentiellement en combinaison une source lumineuse 10 et une pièce optique 100. La source lumineuse 10 peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. Elle peut être formée de tout type de source appropriée à alimentation électrique. Dans le cadre de l'invention, la source 10 est formée de préférence d'une diode électroluminescente. Ce type de source se prête particulièrement bien aux dispositions de la présente invention en raison de son angle solide limité d'émission. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation particulier, et peut comprendre par exemple une source 10 formée d'une ampoule à filament. La pièce optique 100 est formée dans une pièce en matériau optiquement transparent. Il peut s'agir de verre ou de matière plastique. La pièce optique 100 est une pièce au moins sensiblement de révolution autour d'un axe optique 102. Cet axe optique 102 passe au moins sensiblement par le centre optique 12 de la source 10. La pièce 100 comprend principalement une surface périphérique extérieure 110 travaillant par réflexion et une surface d'entrée 120 travaillant par réfraction placée en regard de la source 10. La surface périphérique 110 est de type parabolique de révolution centrée autour de l'axe 102. Son foyer coïncide au moins sensiblement avec le centre optique 12 de la source 10. Ainsi, la surface 110 dévie le faisceau qu'elle reçoit de la source 10 sous forme d'un faisceau de sortie au moins sensiblement parallèle à l'axe optique 102. Sur les figures annexées, les rayons optiques issus de la source 10 qui atteignent le bord arrière 112 de la surface périphérique 110, c'està-dire le bord de la surface 110 le plus proche de la source 10, sont référencés 01. Les rayons issus de la source 10 qui atteignent au contraire le bord avant 114 de la surface 110, c'est-à-dire le bord de la surface 110 le plus éloigné de la source 10, sont référencés 02. L'ouverture angulaire entre les rayons O1 et 02 à la sortie de la source 10, qui correspond à l'ouverture angulaire de la surface périphérique de réflexion 110 vue de la source lumineuse 10, est référencée A sur les figures. Bien entendu, l'angle d'incidence des rayons compris dans l'ouverture angulaire A, sur la surface périphérique extérieure 110, doit être supérieur à l'angle limite de réfraction. Ainsi, comme on le voit sur les figures, après réflexion sur la surface périphérique extérieure 110, tous les rayons compris dans l'ouverture angulaire A (soit les rayons compris entre 01 et 02) forment un faisceau parallèle à l'axe optique 102. La surface 120 travaillant par réfraction s'étend sensiblement transversalement à l'axe 102. Elle est formée d'une calotte convexe en regard de la source 10, centrée sur l'axe 102 et de révolution autour de celui-ci. La géométrie de cette surface d'entrée 120 est adaptée pour dévier par réfraction le faisceau qu'elle reçoit de la source lumineuse 10 sous forme d'un faisceau au moins sensiblement parallèle à l'axe optique 102. Sur les figures, on a référencé respectivement 03 et 04 deux rayons atteignant les bords diamétralement opposés de la surface d'entrée 120 contenus dans le plan de coupe des figures. L'ouverture angulaire entre ces rayons 03 et 04 à la sortie de la source 10 est référencée B. Comme on le voit sur les figures, de préférence l'ouverture angulaire B de la surface d'entrée 120 travaillant par réfraction, est égale à l'ouverture angulaire du bord extrême avant 114 de la surface périphérique de réflexion 110, vue de la source 10. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la surface d'entrée centrale 120 est reliée au bord arrière 112 de la surface périphérique 110 par une calotte annulaire de liaison 130 constituée d'une calotte sphérique centrée sur le centre optique 12 de la source 10. L'ouverture angulaire de cette calotte de liaison 130 est égale à A. Ainsi, les rayons optiques issus de la source 10 et dirigés vers la surface périphérique 110 ne sont pas déviés lorsqu'ils traversent cette face d'entrée 130. L'homme de l'art comprendra aisément que grâce à la structure précédemment décrite, la totalité des rayons émis par la source 10 dans un angle solide égal à 2A + B est récupérée soit par la surface périphérique extérieure 110 (après traversée de la surface 130), soit par la surface d'entrée 120, et déviés sous forme d'un faisceau de sortie parallèle à l'axe optique 102. De préférence l'angle d'ouverture 2A + B du bord arrière 112 de la surface périphérique 110, vue de la source 10, est égal à l'angle solide d'émission de la source 10. Plus précisément, le faisceau de sortie défini par la pièce 100 précédemment décrite se présente sous forme d'un faisceau central cylindrique centré sur l'axe 102 et de rayon R1 égal au rayon extérieur de la surface d'entrée 120, entouré d'un faisceau annulaire compris entre des rayons R2 et R3 respectivement égaux aux rayons, considérés par rapport à l'axe optique 102, du bord arrière 112 et du bord avant 114 de la surface périphérique 110. Selon une première variante de réalisation, la pièce optique 100 précédemment décrite peut être associée à des moyens additionnels 140 placés en avant de la pièce précitée, soit en regard de la surface de sortie 104 opposée à la source 10, lesquels moyens 140 sont conçus pour reconformer le faisceau issu de la surface périphérique 110 et de la surface centrale 130, en un faiscau optique de sortie unique parallèle à l'axe optique 102, c'est-à-dire sans discontinuité entre les rayons 01 et 03 ou04. Le composant 140 peut être formé par exemple d'un prisme ou élément annulaire, travaillant à la façon d'une lame à face parallèle pour décaler radialement, en rapprochement de l'axe optique 102, le faisceau optique annulaire 01-02 sans modifier sa direction, c'est-à-dire en le maintenant parallèle à l'axe 102. L'élément 140 a ainsi pour but de décaler le faisceau annulaire de sortie 01-02 pour le rendre adjacent au faisceau cylindrique central 03-04. Le prisme annulaire 140 centré sur l'axe 102 comprend une face d'entrée 141 et une face de sortie 142, en forme de cône, de même conicité, centrées sur l'axe 102. L'épaisseur du prisme 140 considérée entre les faces 141, 142, l'indice du matériau composant le prisme 140 et l'inclinaison des faces d'entrée et de sortie 141, 142 par rapport à l'axe 102, sont adaptés de sorte que la translation radiale des rayons, en rapprochement de l'axe optique 102, soit égale à la différence entre le rayon R2 du bord arrière 112 de la surface périphérique 110 et le rayon R1 de la surface d'entrée 120. La face d'entrée 141 couvre au moins la surface annulaire comprise entre les rayons R2 et R3 pour récupérer intégralement le faisceau renvoyé par la surface 110. Le bord radialement interne de la face de sortie 142 a de préférence un rayon égal au rayon R1 de la face d'entrée 120 et par conséquent du faisceau central 03-04. Selon une autre variante, comme illustré sur la figure 3, on peut prévoir en regard de la face de sortie 104 de la pièce optique 100, des moyens additionnels 150 adaptés pour dévier dans une direction générale perpendiculaire à l'axe optique 102, les rayons issus de la face d'entrée 120 travaillant par réfraction et de la surface périphérique 110 travaillant par réflexion. Les moyens 150 peuvent être utilisés ainsi pour injecter le faisceau issu de la pièce 100 dans un guide optique 160 formé d'une plaque perpendiculaire à l'axe optique 102. Les moyens 150 comprennent essentiellement des structures de prismes annulaires, centrées sur l'axe 102 et inclinées par rapport à l'axe optique 102, par exemple d'un angle de l'ordre 45 , pour travailler par réflexion totale. Plus précisément encore, les moyens 150 peuvent être adaptés pour définir un faisceau optique de sortie sans discontinuité entre les rayons O1 et 03 ou 04. A cette fin, selon le mode de réalisation préférentiel représenté sur la figure 3 il est prévu deux structures de prismes annulaires 152, 154 formées respectivement d'un tronc de cône et d'un cône centrés sur l'axe 102. Le tronc de cône 152 est placé en regard de la surface périphérique de réflexion 110 pour récupérer le faisceau 01-02 renvoyé par la surface 110 et dévier ce faisceau perpendiculairement à l'axe 102, dans la pièce 160. Le cône central 154 est placé en regard de la surface d'entrée travaillant par réfraction 120 pour récupérer le faisceau 03-04 issu de cette suface 120 et dévier ce faisceau perpendiculairement à l'axe 102 dans la pièce 160. Lesdits prismes 152, 154 sont reliés par un décrochement 156 en forme d'anneau plan orthogonal à l'axe optique 102 placé en regard de la surface de liaison 130. L'homme de l'art comprendra aisément qu'après réflexion sur les prismes 152, 154, les rayons extérieurs 03-04 du faisceau réfracté par la surface d'entrée 120 sont adjacents aux rayons O1 renvoyés par le prisme 152. On supprime ainsi toute discontinuité dans le faisceau de sortie. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. En particulier, les structures 140, 150 précitées peuvent être formées d'une pièce unique avec la pièce optique 100. Selon une autre caractéristique de l'invention, on peut prévoir une métallisation additionnelle sur la surface périphérique extérieure 110 de la pièce 100, au moins dans les zones de cette pièce 100 où il n'y a pas de reflexion totale. REVENDICATIONS 1. Dispositif optique pour indicateurs, notamment pour tableaux de bord de véhicules automobiles, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une source lumineuse (10) et une pièce optique (100) en matériau optiquement transparent, au moins sensiblement de révolution autour d'un axe optique (102) passant par le centre optique (12) de la source lumineuse (10), laquelle pièce optique (100) comprend, d'une part une surface centrale d'entrée (120) placée en regard de la source (10), apte à dévier par réfraction le faisceau (03-04) qu'elle reçoit de la source lumineuse (10) pour former un faisceau au moins sensiblement parallèle à l'axe optique (102), et d'autre part une surface périphérique de type parabolique (110) dont le foyer coïncide au moins sensiblement avec le centre optique (12) de la source (10), pour dévier par réflexion le faisceau (01-02) qu'elle reçoit de la source (10) également sous forme d'un faisceau au moins sensiblement parallèle à l'axe optique (102). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pièce optique (100) comprend une calotte de liaison (130) sphérique centrée sur la source lumineuse (10) entre la surface d'entrée travaillant par réfraction (120) et la surface périphérique (110) travaillant par réflexion. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'angle d'ouverture (B) de la surface d'entrée travaillant par réfraction (120) est égal à l'angle d'ouverture du bord avant (114) de la surface périphérique (110), le plus éloigné de la source (10), vu de celleci. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens additionnels (140) aptes à définir un faisceau optique de sortie sans discontinuité parallèle à l'axe optique (102). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens additionnels comprennent un prisme annulaire (140) centré sur l'axe optique (102), possédant des faces d'entrée et de sortie (141, 142) en forme de cône centrées sur l'axe optique (102) et adaptées pour décaler radialement en rapprochement de l'axe optique (102) le faisceau optique réfléchi par la surface périphérique (110) d'une amplitude égale à la différence entre le plus petit rayon de la surface périphérique (110) et le rayon extérieur de la surface d'entrée (120) travaillant par réfraction. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 5, caractérisé par le fait que les moyens additionnels (140) travaillent par effet de lame à faces parallèles. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens additionnels (150) aptes à dévier transversalement à l'axe optique (102), le faisceau parallèle à l'axe optique (102) issu de la surface périphérique (110) et de la surface centrale d'entrée travaillant par réfraction (120). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les moyens additionnels (150) comprennent au moins un prisme de révolution autour de l'axe (102) travaillant par réflexion totale. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que les moyens additionnels (150) comprennent au moins deux prismes annulaires (152, 154), respectivement en forme de tronc de cône et de cône placés de la surface périphérique (110) et de la surface centrale d'entrée (120) travaillant par réfraction, reliés par un décrochement (156) perpendiculaire à l'axe optique (102). 10. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait que les moyens additionnels (140, 150) sont formés d'une pièce unique avec la pièce optique (100). 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la pièce optique (100) est pourvue d'une métallisation sur sa surface périphérique (110). 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que la source lumineuse (10) est formée d'une diode électroluminescente. 13. Tableau de bord caractérisé par le fait qu'il incorpore au moins un dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 12.