Brevet FR2726069A1 — publié le 19960426

- La présente invention concerne un système d'éclairage, plus particulièrement un système qui utilise une source de lumière centrali- sée et un ou plusieurs guides ou conducteurs optiques pour transmettre la lumière de la source de lumière à un emplacement éloigné. Cette invention envisage plus particulièrement une source lumineuse de forte luminosité, destinée à être utilisée dans le domaine de l'auto- mobile avec un ou plusieurs guides optiques qui dirigent la lumière de la source vers des points d'utilisation terminale comme les phares, les clignotants, les feux de position arière, les lampes d'éclairage inté- rieur, etc. Comme on va le décrire, la présente invention est particuliè- rement applicable à l'amélioration d'un ensemble conventionnel de projecteurs à halogènes car elle se sert d'un nombre important de composants existants et modifie l'ensemble pour tirer profit du systè- me d'éclairage centralisé. On comprendra toutefois que l'invention peut être avantageusement utilisée dans des applications et des milieux apparentés tels que les dispositifs d'éclairage d'afficheurs ou autre, sans sortir du champ d'application de l'invention. Le brevet américain n 5 278 731 décrit un système d'éclaira- ge amélioré apparent. D'une manière générale, il décrit l'utilisation d'un miroir plan qui envoie la lumière, en provenance de l'extrémité de sortie d'un guide optique, vers une surface réfléchissante curviligne comme une parabole. Le miroir plan est situé au foyer de la surface réfléchissante parabolique, ou près de ce foyer, de sorte que la lumière réfléchie par la surface parabolique est un faisceau parallèle. La lumière poursuit ensuite son chemin vers une lentille qui ferme l'ensemble de lampe et cette lentille oriente la lumière de la façon voulue. L'éblouissement pose toujours un problème pour une lumière sortant d'un phare. En particulier, on parle d'éblouissement quand les rayons lumineux qui sortent du phare montent et arrivent dans les yeux du conducteur d'en face. Il est par conséquent nécessaire de maîtriser efficacement les rayons lumineux contribuant à l'éblouissement. Un autre problème concernant les phares est qu'il faut fournir une lumière dirigée le plus vers l'avant possible, c'est-à-dire avec le plus de "puissance" possible. Des prismes à petits angles placés sur la lentille ne donnent qu'une légère ré-orientation de la lumière, sans perte substantielle de la luminosité, de sorte que la lumière qui traver- se ces parties donne sa "puissance" au faisceau d'éclairage. Des lenti- cules, éléments semblables à des lentilles placés sur la lentille, étalent la lumière pour compléter la configuration d'éclairage souhaitée. La conception des phares doit aussi prendre en compte la configuration de la surface réfléchissante afin que la lumière qui sort du guide optique soit efficacement et effectivement réfléchie vers l'avant par la surface réfléchissante. Le profil bas et aérodynamique des automobiles ne permet pas toujours d'avoir une surface réfléchis- sante parabolique qui soit symétrique. Dans les cas o on utilise une disposition parabolique non symétrique, la distance entre la source de lumière (l'extrémité du guide optique) et les bords de la surface réflé- chissante n'est pas constante. Les différences de distances pour attein- dre les bords de la surface réfléchissante parabolique résultent aussi en une dimension de l'image irrégulière. Par conséquent, il faut accor- der une considération spéciale à ces cas. Compte tenu de toute ces contraintes, il est nécessaire de proposer un dispositif d'amélioration transitoire qui utilise de nombreux composants optiques des système d'éclairage existants. Seules certaines parties choisies d'un système d'éclairage centralisé sont incorporés dans des agencements connus afin de minimiser les coûts d'une conversion ultérieure en un système d'éclairage centralisé complet. La présente invention concerne un système d'éclairage nouveau et amélioré qui résout les problèmes associés à l'éblouisse- ment et optimise la luminosité de la lumière dirigée vers l'extérieur des phares. Dans une disposition apparentée, ces mêmes principes sont appliqués à une surface réfléchissante asymétrique qui utilise efficace- ment de la lumière émise par le guide optique et compense les inégali- tés d'image qui seraient sinon formées par une telle disposition. Suivant un premier aspect de l'invention, l'extrémité de sortie du guide optique présente un bord en biseau pour éliminer l'éblouisse- ment dans la configuration de phares de route. L'invention propose donc un système d'éclairage pour transmettre de la lumière d'une source de lumière à un emplacement éloigné, ce système d'éclairage comprenant: un guide optique ayant une extrémité d'entrée qui peut recevoir de la lumière depuis une source de lumière associée et une extrémité de sortie qui dirige la lumière vers l'extérieur suivant une configuration ayant un bord sensi- blement rectiligne; une surface spéculaire recevant la lumière de l'extrémité de sortie dudit guide optique et ré-orientant cette lumière; une surface réfléchissante courbe, recevant la lumière ré-orientée par la surface spéculaire et dirigeant ensuite la lumière suivant une direc- tion prédéterminée. D'après l'invention, le guide optique comporte une partie en biseau qui réduit la section du guide optique à proximité de l'extrémité de sortie, la partie en biseau donnant le bord sensiblement rectiligne du faisceau lumineux qui sort du guide optique. La surface spéculaire comprend au moins des première, seconde et troisième surfaces planes, faisant un certain angle les unes par rapport aux autres, pour ré-orienter la lumière vers différentes régions de la surfa- ce réfléchissante courbe. La surface réfléchissante courbe a une confi- guration parabolique définie par une parabole tronquée. Le guide optique traverse la surface réfléchissante courbe généralement le long de l'axe longitudinal de celle-ci. La surface réfléchissante courbe est une surface asymétrique et l'extrémité de sortie du guide optique est plus proche d'un bord de la surface réfléchissante que de l'autre afin de rendre sensiblement identique la taille des images produites par les différents côtés de la surface réfléchissante. Le système peut compren- dre en outre une lentille située par rapport à la surface réfléchissante de façon à recevoir de la lumière qui sera ensuite renvoyée, et la surface spéculaire peut comprendre des première et seconde surfaces planes faisant un certain angle entre elles, la lumière renvoyée par la première surface plane traversant finalement une partie sensiblement claire ou transparente de la lentille pour apporter de la lumière non diffusée à une configuration de faisceau prédéterminée. La lumière ré- orientée par la seconde surface plane traverse finalement un agence- ment de lenticules placé sur la lentille pour apporter de la lumière diffusée à la configuration de faisceau prédéterminée. Suivant un second aspect de la présente invention, la lumière provenant du guide optique est divisée en de multiples parties dont deux au moins sont dirigées à travers la lentille pour contribuer à la "puissance" du faisceau lumineux. L'invention propose donc un système d'éclairage pour transmettre de la lumière d'une source de lumière à un emplacement éloigné, ce système d'éclairage comprenant: un guide optique qui peut recevoir de la lumière en provenance d'une source de lumière associée et distribuer cette lumière en son extrémité de sortie, l'extrémité de sortie du guide optique étant en biseau, passant d'une première section prédéterminée à une seconde section plus petite du guide optique afin d'augmenter l'angle de la lumière qui en sort; une surface spéculaire destinée à recevoir la lumière fourmnie par l'extrémité de sortie du guide optique et à ré-orienter cette lumière; une surface réfléchissante courbe, recevant la lumière ré-orientée par la surface spéculaire et dirigeant ensuite la lumière vers un emplacement souhaité. D'après l'invention, la surface spéculaire comprend au moins des première, seconde et troisième surfaces planes, faisant un certain angle les unes par rapport aux autres, pour ré-orienter la lumière vers différentes régions de la surface réfléchissante courbe. La surface réfléchissante courbe est une surface asymétrique et l'extrémité de sortie du guide optique est plus proche d'un bord de la surface réfléchissante que de l'autre afin de rendre sensiblement identique la taille des images produites par les différents côtés de la surface réfléchissante. Le système d'éclairage peut comprendre en outre une lentille située par rapport à la surface réfléchissante de façon à recevoir de la lumière qui sera ensuite renvoyée, et la surface spéculaire peut comprendre des première et seconde surfaces planes faisant un certain angle entre elles, la lumière renvoyée par la première surface plane traversant finalement une partie sensiblement claire ou transparente de la lentille pour apporter de la lumière non diffusée à une configuration de faisceau prédéterminée. La lumière renvoyée par la seconde surface plane traverse finalement un agencement de lenticules placé sur la lentille pour apporter de la lumière diffusée à la configuration de faisceau prédéterminée. Suivant encore un autre aspect de la présente invention, le miroir à plans multiples qui dirige la lumière provenant du guide optique vers la surface réfléchissante est décalé par rapport à l'axe longitudinal du guide optique. Ce décalage et un grossissement inégal fourni par la parabole asymétrique se combinent pour donner des images ayant des dimensions sensiblement identiques. L'invention propose donc un système d'éclairage pour transmettre à un emplacement éloigné de la lumière émise par une source de lumière, ce système d'éclairage comprenant: un guide optique ayant une extrémité d'entrée qui reçoit de la lumière en prove- nance de la source de lumière et une extrémité de sortie, généralement dirigée suivant un axe longitudinal, par laquelle la lumière sort du guide optique; une surface réfléchissante curviligne dans laquelle le guide optique pénètre en une région décalée de l'axe central; une surface spéculaire à plans multiples placée adjacente à l'extrémité de sortie du guide optique pour en recevoir la lumière et la diriger vers la surface réfléchissante, un vertex de la surface spéculaire étant décalé par rapport à l'axe longitudinal de l'extrémité de sortie du guide optique pour rendre égales les tailles des images formées par la lumiè- re provenant de la surface réfléchissante asymétrique. La surface spéculaire à plans multiples peut comprendre des première, seconde et troisième surfaces planes. D'autres avantages et intérêts de la présente invention ressor- tiront pour l'homme du métier à la lecture de la description détaillée suivante. L'invention peut être mise en oeuvre avec certains composants et certaines dispositions de ces composants, dont des modes préférés de réalisation vont être décrits en détail ici et représentés dans les dessins d'accompagnement, dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique des compo- sants de base d'un système d'éclairage centralisé, la figure 2 est une vue en plan de dessus, partiellement en coupe, qui montre les composants d'un ensemble de phares suivant les enseignements de la présente invention, la figure 3 est une vue de côté de l'ensemble de phares de la figure 2, la figure 4 est une vue de bout du miroir à plans multiples et une représentation schématique des parties distinctes de la lumière qui sont formées par le miroir à plans multiples, la figure 5 est une vue en élévation latérale du miroir à plans multiples, la figure 6 est une vue de bout de l'extrémité de sortie du guide optique, la figure 7 est une représentation schématique des difficultés rencontrées avec un réflecteur parabolique asymétrique, et la figure 8 montre une solution préférée pour le dispositif de parabole asymétrique de la figure 7, conforme aux enseignements de la présente invention. Si on considère maintenant ces dessins d'accompagnement, qui ne sont donnés qu'à des fins d'illustration de l'invention et non pour la limiter, la figure 1 montre une source 10 de lumière centrali- sée, qui est une source de lumière de forte luminosité, à laquelle sont couplés deux guides optiques 12, 14 ou plus. Les guides optiques sont de préférence couplés à la source de lumière en leur extrémité d'entrée par l'intermédiaire d'un élément de couplage 16, 18 qui assure une transition optique douce avec des pertes faibles entre la source de lumière et les guides optiques. La lumière continue à se propager depuis la source de lumière à travers les guides optiques et jusqu'aux extrémités de sortie 22, 24 qui sont représentées comme se terminant dans des projecteurs de phares respectifs 26, 28. De préférence, et comme cela ressortira de la description suivante, les guides optiques arrivent par une ouverture à l'arrière du phare et entrent généralement suivant l'axe longitudinal de ce dernier. L'extrémité de sortie de chaque guide optique est située au foyer de surfaces réfléchissantes respectives 34, 36, ou à proximité de ce foyer. Les surfaces réfléchis- santes 34, 36 sont dites curvilignes et peuvent être des surfaces para- boliques, sphériques, paraboliques composées ou d'autres configura- tions géométriques appropriées. Toujours en référence à la figure 1, mais en considérant simultanément les figures 2 à 4, la description d'un ensemble formant projecteur de phare sera également applicable à l'autre phare, sauf indication contraire. La lumière qui sort par l'extrémité de sortie du guide optique est dirigée vers un miroir 40 à plans multiples qui, dans la première forme de réalisation préférée, comprend trois surfaces planes 42, 44 et 46. Comme on le voit mieux sur la figure 2, les secon- de et troisième surfaces 44 et 46 du miroir sont séparées par un angle portant la référence 50. Dans la forme de réalisation préférée, cet angle a une valeur d'environ 90 à 120 pour diriger des parties de la lumière sortant du guide optique vers des régions séparées 52, 54 sur la surface réfléchissante 34 (figure 4). De plus, comme représenté à la figure 5, la première surface 42 fait un angle, désigné par 56, de l'ordre d'environ 30 à 45 . D'une manière générale et comme on le voit mieux sur les figures 3 et 4, la lumière réfléchie par cette première surface est dirigée vers le haut en direction d'une région supérieure 62 de la surface réfléchissante. On comprendra que ces valeurs angulaires sont préférées pour un miroir à trois faces ou miroir triple et que les angles peuvent varier si on utili- se d'autres miroirs à plans multiples ou d'autres dispositifs optiques. A la sortie du guide optique 12, la lumière se propage généra- lement suivant l'axe longitudinal du guide, lequel coïncide avec l'axe longitudinal de la surface réfléchissante 34. Comme décrit plus en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 278 731, les surfaces spéculaires sont étroitement adjacentes du foyer de la surface réfléchissante parabolique 34. Si le vertex des miroirs est espacé de l'extrémité de sortie du guide optique, les rayons lumineux sortant du guide vont être réfléchis vers l'arrière en direction de la surface para- bolique 34 et manquer l'extrémité de sortie du guide optique. Dans une autre disposition possible, le vertex des miroirs peut être étroitement adjacent de l'extrémité terminale du guide optique. Dans ces deux cas, la lumière est ré-orientée par le miroir vers la surface réfléchissante parabolique afin de définir les trois régions réfléchissantes 52, 54 et 62. Deux au moins de ces régions, 52 et 54, sont de préférence choisies pour que la lumière renvoyée par la surface réfléchissante 34 en ces régions soit dirigée vers des parties "claires" ou transparentes de la lentille 70, c'est-à-dire des parties de la lentille qui comportent des prismes à angle faible ne modifiant que très légèrement la direc- tion de la lumière qui les traverse, sans affecter beaucoup la luminosi- té. On obtient une luminosité optimale si on envoie une plus partie plus importante de la lumière sur ces régions 52, 54, lesquelles ré- orientent les rayons lumineux de ces régions vers des parties "claires" de la lentille. La lumière provenant de la troisième région 62 est dirigée vers des lenticules formés dans la lentille du phare. Les lenticules sont de petites lentilles formées dans la lentille qui éclatent ou étalent la lumière dans la direction horizontale et donnent la majorité de l'étalement de la lumière pour une configuration de faisceau de phares souhaitée. Comme on le voit mieux sur les figures 3 et 6, l'extrémité de sortie 22 du guide optique a une section plus petite que la section du reste du guide optique. Cela est possible grâce à une partie en biseau 72 qui est particulièrement utile pour l'élimination de l'éblouissement par le faisceau du phare. L'éblouissement est le plus souvent associé à de la lumière dirigée vers le haut, dans les yeux du conducteur d'en face. La région en biseau donne une partie plate qui définit un bord net dans la configuration de projecteurs de route et minimise l'éblouis- sement. Bien sûr, d'autres configurations qui donnent un bord net à la lumière avant qu'elle ne soit renvoyée par la surface réfléchissante 34 peuvent être utilisées avec un succès identique, mais le guide optique en biseau est actuellement la manière préférée pour atteindre cet objectif puisqu'il n'y a pas de pertes de lumière. Considérons maintenant un autre mode de réalisation qui est représenté sur les figures 7 et 8. Une surface réfléchissante 80, para- bolique et asymétrique, comporte un orifice 82 par lequel passe un guide optique 12. Comme on le voit mieux sur la figure 7, la lumière dirigée par le miroir en V vers un bord 86 de la surface réfléchissante est ensuite renvoyée vers l'avant pour former une image 88 de taille réduite. De façon similaire, on observe un agrandissement dû à la lumière dirigée vers le bord 88 qui forme une image agrandie 90. Donc, avec une surface réfléchissante parabolique et asymétrique, on obtient deux images 88, 90 de taille différente. Dans cette disposition, le vertex des surfaces spéculaires 92, 94 est placé sur l'axe longitudi- nal 96 du guide optique. Comme on le voit sur la figure 8, il est préférable que le vertex soit décalé d'une distance prédéterminée, désignée par 100, afmin de donner des images 102, 104 de taille globalement identique. Il découle un avantage supplémentaire du fait que l'on décale le miroir en V. En effet, puisque le guide optique pénètre par un orifice qui est plus proche du bord 88 que du bord 86, la superficie de la surface parabolique se trouvant sur le premier côté 88 est plus petite que celle se trouvant sur l'autre côté 86. 1 y a typiquement davantage de lumiè- re perdue à l'extérieur de la surface réfléchissante parabolique qui est associée au côté contenant le bord 88. Du fait qu'on décale le miroir en V comme représenté par la référence 100, moins de lumière est envoyée vers le petit côté de la surface réfléchissante qui contient le bord 88, ce qui réduit la perte générale de lumière dans le système. L'invention a été décrite en référence aux formes préférées de réalisation. Il est bien entendu que des variantes ou des modifications seront proposées par d'autres à la lecture de cette description. Toutes ces variantes ou modifications sont englobées dans le cadre de la présente invention. o10 REVENDICATIONS 1. Système d'éclairage pour transmettre de la lumière d'une source de lumière à un emplacement éloigné, le système d'éclairage étant caractérisé en ce qu'il comprend - un guide optique (12, 14) ayant une extrémité d'entrée qui peut recevoir de la lumière en provenance d'une source de lumière (10) associée et une extrémité de sortie (22, 24) qui dirige la lumière vers l'extérieur suivant une configuration ayant un bord sensiblement recti- ligne, - une surface spéculaire (40) recevant la lumière de l'extrémi- té de sortie dudit guide optique et ré-orientant cette lumière, - une surface réfléchissante courbe (34, 36), recevant la lumière ré-orientée par la surface spéculaire et dirigeant ensuite la lumière suivant une direction prédéterminée, sachant que le guide optique comporte une partie en biseau (72) qui réduit la section du guide optique à proximité de l'extrémité de sortie, la partie en biseau donnant le bord sensiblement rectiligne du faisceau lumineux qui sort du guide optique. 2. Système d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface spéculaire (40) comprend au moins des première, se- conde et troisième surfaces planes (42, 44, 46), faisant un certain an- gle les unes par rapport aux autres, pour ré-orienter la lumière vers des régions différentes de la surface réfléchissante courbe (34, 36). 3. Système d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface réfléchissante courbe (34, 36) a une configuration parabolique définie par une parabole tronquée. 4. Système d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide optique (12, 14) traverse la surface réfléchissante courbe (34, 36) généralement le long de l'axe longitudinal de celle-ci. 5. Système d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface réfléchissante courbe (34, 36) est une surface asymé- trique et l'extrémité de sortie (22, 24) du guide optique (12, 14) est plus proche d'un bord de la surface réfléchissante que de l'autre afin de rendre sensiblement identique la taille des images produites par les l l différents côtés de la surface réfléchissante. 6. Système d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une lentille (70) située par rapport à la sur- face réfléchissante (34, 36) de façon à recevoir de la lumière qui sera ensuite renvoyée, et en ce que la surface spéculaire (40) comprend des première et seconde surfaces planes (44, 42) faisant un certain angle entre elles, la lumière renvoyée par la première surface plane (44) tra- versant finalement une partie sensiblement claire ou transparente de la lentille pour apporter de la lumière non diffusée à une configuration de faisceau prédéterminée. 7. Système d'éclairage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la lumière renvoyée par la seconde surface plane (42) traverse finalement un agencement de lenticules placé sur la lentille pour ap- porter de la lumière diffusée à la configuration de faisceau prédétermi- née. 8. Système d'éclairage pour transmettre de la lumière d'une source de lumière à un emplacement éloigné, le système d'éclairage étant caractérisé en ce qu'il comprend - un guide optique (12, 14) qui peut recevoir de la lumière en provenance d'une source de lumière associée (10) et distribuer cette lumière en son extrémité de sortie, l'extrémité de sortie (22, 24) du guide étant biseauté pour passer d'une première section prédéterminée à une seconde section plus petite du guide optique afin d'augmenter l'angle de la lumière qui en sort, - une surface spéculaire (40) (destinée à recevoir la lumière fournie par l'extrémité de sortie du guide optique et à ré-orienter cette lu- mière, - une surface réfléchissante courbe (34, 36), recevant la lu- mière ré-orientée par la surface spéculaire et dirigeant ensuite la lu- mière vers un emplacement souhaité, la surface spéculaire comprenant au moins des première, seconde et troisième surfaces planes (42, 44, 46), faisant un certain angle les unes par rapport aux autres, pour ré-orienter la lumière vers des régions dif- férentes (52, 54, 56) de la surface réfléchissante courbe. 9. Système d'éclairage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la surface réfléchissante courbe (34, 36) est une surface asymé- trique et l'extrémité de sortie du guide optique (12, 14) est plus proche d'un bord de la surface réfléchissante que de l'autre afin de rendre sen- siblement identique la taille des images produites par les différents cô- tés de la surface réfléchissante. 10. Système d'éclairage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une lentille (70) située par rapport à la surface réfléchissante (34, 36) de façon à recevoir de la lumière qui sera ensuite renvoyée, et en ce que la surface spéculaire (40) com- prend des première et seconde surfaces planes (44, 42) faisant un cer- tain angle entre elles, la lumière renvoyée par la première surface pla- ne (44) traversant finalement une partie sensiblement claire de la len- tille pour apporter de la lumière non diffusée à une configuration de faisceau prédéterminée. 11. Système d'éclairage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la lumière renvoyée par la seconde surface plane (42) traver- se finalement un agencement de lenticules placé sur la lentille pour apporter de la lumière diffusée à la configuration de faisceau prédéter- minée.