Brevet FR2743636A1 — publié le 19970718

DISPOSITIF OTIQUE REFLECHISSANT, DESTINE NOTAMMENT A EntE UTILISE COMME RETROVISEUR Domaine techniaue L'invention se rattache au domaine l'optique, et plus précisément à la fabrication de dispositifs réfléchissants tels que rétroviseurs, utilisés notamment sur divers types de véhicules tels qu'automobile, camions ou motocydettes, mais aussi sur des installations fixes. Techniaues antérieares De manière connue, tous les véhicules sont équipés de dispositifs réfléchissants, communément appelés rétroviseurs, qui permettent au conducteur de percevoir des informations visuelles sur ce qui se passe à l'carrière de son véhicule, et plus précisément en direction opposée à celle de son champ de vision naturel. De façon très répandue, les rétroviseurs sont généralement constitués par un miroir plan. L'avantage des miroirs plans est de ne provoquer aucune distorsion d'image. Malheureusement, le champ de vision accessible est relativement réduit, typiquement de l'ordre de 30 , et les zones latérales arrière du véhicule restent hors de portée du regard du conducteur. Ces zones occultées appelées "angle mort" sont à l'origine de nombreux accidents. Pour éliminer cet angle mort, on a proposé d'associer deux miroirs plans pour former un dièdre. De la sorte, le rétroviseur donne deux images juxtaposées de deux champs différents. ll va sans dire que cette association augmente les risques de confusion de la part du conducteur et n'est donc pas pleinement satisfaisante. On a également proposé de donner à la surface réfléchissante une forme convexe, généralement sphérique. Cette solution permet d'augmenter l'ouverture du champ de vision. En effet, l'image formée par un miroir convexe est une image virtuelle réduite selon un rapport fonction de la distance focale du miroir. Plus le rayon de courbure du miroir est réduit, plus la distance focale est courte, et donc plus l'angle de vision est augmenté. Malheureusement, si ce type de miroir donne une image correcte dans la zone centrale, en revanche, les images des zones périphériques subissent une distorsion d'autant plus grande que le rayon du miroir est faible, donc que le champ de vision est élargi. En d'autres termes, les zones latérales accessibles sont fortement déformées et difficilement exploitables. Pour pallier à cet inconvénient, on a proposé de donner à la surface convexe un profil asphérique quasi ellipsoïdal. Cette solution réduit effectivement les phénomènes de distorsion mais s'avère difficile à fabriquer et n'est donc pas intéressante économiquement. Par ailleurs, le brevet CN 92.104226 décrit un miroir sphérique dans le quel sont taillés une pluralité de secteurs annulaires concentriques. Ces secteurs forment des portions de cone dont les angles d'ouverture sont différents. L'ensemble se comporte comme un miroir dont la distance focale est fonction de la distribution des angles d'ouverture. Ceux-ci sont choisis pour limiter les phénomènes de distorsion. Malheureusement, la juxtaposition non continue des zones réfléchissantes donne une image de mauvaise qualité. L'invention vise à pallier ces inconvénients. Le problème que se propose de résoudre l'invention est celui de l'élargissement du champ de vision conjointement avec une limitation des effets de distorsion. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un dispositif optique réfléchissant, destiné notamment à être utilisé comme rétroviseur, du type comportant une surface réfléchissante sphérique formant un miroir convexe. Ce dispositif se caractérise en ce que le miroir convexe est associé à une lentille plan-concave dont la surface concave coincide avec la surface réfléchissante du miroir convexe. Autrement dit, la face réfléchissante convexe est immergée dans un autre milieu que l'air environnant. De la sorte, les rayons qui forment l'image passent deux fois l'interface entre la lentille plan-concave et l'air environnant. D'après la géométrie de cette lentille et n son indice de réfraction, la distance focale de l'ensemble est divisée par n2 par rapport à la distance focale d'un miroir convexe seul, dans l'hypothèse paraxiale. En d'autre termes, l'invention consiste à associer un miroir sphérique avec un milieu transparent pour modifier la courbure apparente de ce miroir et ainsi limiter les effets de distorsion périphérique. On combine ainsi la facilité de fabrication de surfaces simples (plane et sphérique) avec des performances améliorées en champ visuel et distorsion. Pour augmenter suffisamment le champ de vision, on choisit l'indice de réfraction du matériau composant la lentille plan-concave supérieur à 1,4. De la sorte, dans l'approximation paraxiale, la distance focale est diminuée d'au moins un facteur 2 par rapport à un miroir sphérique seul. Avantageusement, le matériau composant la lentille plan-concave est choisi dans le groupe comprenant: - le verre optique, - les polymères optiques tels que par exemple le polystyrène, les polycarbonates ou le polyméthacrylate de méthyle. En pratique, la surface réfléchissante du miroir convexe est obtenue par métallisation de la surface concave de la lentille plan-concave. Autrement dit, le miroir est réalisé par le dépôt par vaporisation ou électro-déposition d'un film d'aluminium ou d'argent. Dans une forme préférée utilisée pour les rétroviseurs de véhicules, un bon compromis et atteint entre dimensions du miroir, champ visuel obtenu et les matériaux utilisés pour la lentille planconcave, si le rayon de courbure du miroir convexe est compris entre 200 et 400 mm. Description sommaire des dessins La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une coupe transversale d'un rétroviseur conforme à l'invention. La figure 2 est un graphique comparatif montrant la variation de la distance focale et de l'angle de vision en fonction de l'angle d'ouverture, pour un miroir convexe seul et pour un miroir conforme à l'inventiort La figure 3 est un croquis schématique illustrant la distorsion observée sur un miroir convexe et sur un miroir conforme à l'invention La figure 4 est un graphique comparatif montrant la variation du taux de distorsion en fonction du diamètre du miroir, pour un miroir convexe et pour un miroir conforme à l'invention. Manière de réaliser l'invention Comme déjà dit, l'invention concerne un dispositif optique pouvant être avantageusement utilisé comme rétroviseur dans un véhicule ou à poste fixe. La constitution d'un miroir conforme à l'invention est illustrée à la figure 1. Ainsi, celui se compose d'une lentille plan-concave (1) présentant sa face plane (2) en direction de l'utilisateur. La face concave (3) reçoit un film métallique réfléchissant (4) qui forme donc un miroir convexe. Bien entendu, l'invention couvre également les variantes de réalisation dans lesquelles la lentille est directement formée ou coulée sur un miroir convexe préexistant. En pratique, la lentille (1) est constituée d'un matériau tel que le verre ou des polymères optiques tels que le polystyrène, le polyméthacrylate de méthyle, les polycarbonates, ou tout autre verre organique similaire. Ce matériau est choisi pour ses qualités mécaniques de résistance, son insensibilité à la chaleur et surtout sa transparence et son indice de réfraction (n). Typiquement, celui est supérieur à 1,4 et préférentiellement à 1,5. Géométriquement, la surface concave (3) présente un centre de courbure matérialisé par le point (C). La surface concave (3) constitue en fait une calotte sphérique de diamètre (A), de profondeur (s) et dont le sommet est référencé par le point (O). L'axe de révolution (OC) de la calotte est appelé axe du miroir. L'angle d'ouverture e correspond à l'angle mesuré entre un point (B) de la périphérie de la calotte et l'axe OC. Par ailleurs, l'épaisseur de la lentille (1) dans sa zone la plus mince est égale à 6. Cette épaisseur est optiquement inerte et a pour unique but de solidifier l'ensemble lentille-miroir. Pour bien comprendre les avantages de l'invention, il est nécessaire de rappeler quelques principes généraux sur le fonctionnement d'un miroir convexe simple. Ainsi, la distance focale (f) séparant le point O du foyer F, défini par le point où convergent les rayons parallèles à l'axe OC, est fonction du rayon R et de l'angle d'ouverture o par la formule suivante Dans l'approximation paraxiale, c'est-à-dire en ne considérant que les rayons peu inclinés par rapport à l'axe optique OC, e est faible et la formule se simplifie pour donner :f(B) 2 (2) Le champ de vision accessible a est donc compris à l'intérieur du cone de sommet F et passant par la périphérie de la calotte sphérique. n se calcule donc par la formule suivante: (2.f(H) ) Arca"/z A (3) où A est le diamètre de la calotte sphérique. Concernant le miroir conforme à l'invention, l'association du miroir sphérique (4) avec la lentille planconcave (1) caractéristique permet de modifier les caractéristiques optiques dans des proportions surprenantes. De manière générale, la loi de la réfraction enseigne qu'un objet situé dans un milieu d'indice n, à une distance (dl) de l'interface avec l'air, apparait comme plus proche de l'observateur situé dans l'air. Plus précisément, la distance à laquelle apparaît l'objet est dl/n. Dans le cas de figure de l'invention, la surface réfléchissante est située à une distance variable de la surface plane formant interface avec l'air. De la sorte, l'image de cette surface est un ellipsoïde (5) de centre C' figurant en traits pointillés. La distance entre chaque point et le centre C' peut être exprimé par la formule suivante: Ainsi, le foyer F' du système complet se détermine par calcul et la distance focale OF vérifie la formule suivante: Cette formule se simplifie dans l'approximation paraxiale et la distance focale est alors exprimée par: : f() R (6) Ainsi, on observe que la distance focale est divisée par un facteur n2 par rapport au cas du miroir sphérique simple. Ce rapport est typiquement supérieur à 2,4 dans le cas de l'utilisation d'un polymère optique du type polystyrène, polycarbonate ou polymétacrylate de méthyle dont l'indice de réfraction est de 1,55. Cette diminution de la distance focale se traduit par un élargissement de l'angle de vision a, ce qui constitue un des avantages essentiels de l'invention. Les courbes de la figure 2 illustrent cet avantage. Ces courbes ont été tracées pour un miroir sphérique de 340 mm de rayon, et pour un miroir conforme à l'invention présentant la même surface réfléchissante associée à une lentille réalisée en un matériau d'indice de réfraction égal val,55. Dans un premier jeu de courbes donnant la distance focale f(o) en fonction de l'angle d'ouverture e du miroir, on observe que la distance focale (face) d'un miroir conforme à l'invention est sensiblement inférieure à la moitié de la distance focale (fMCC) calculée pour un miroir convexe seul. Ceci se répercute dans le deuxième jeu de courbes montrant l'angle a(e) du champ de vision en fonction de l'angle d'ouverture e du miroir. Ainsi le champ aMci accessible avec un rétroviseur conforme à miroir. Ainsi le champ aMCI accessible avec un rétroviseur conforme à l'invention est quasiment le double de celui aMCC d'un miroir sphérique seul. Ainsi, si on admet qu'un angle de 75" est nécessaire pour éliminer les problèmes d'angle mort, on observe que le miroir conforme à l'invention présente un angle d'ouverture O deux fois moins important qu'un miroir sphérique seul. Ceci a un influence directe sur l'épaisseur de l'ensemble optique. Un autre problème que cherche à résoudre l'invention est celui de limiter les effets de distorsion observés en périphérie des images. L'origine de ces phénomènes repose sur le fait que la distance focale (f), en dehors de l'approximation paraxiale, est une fonction de la position angulaire e de l'objet par rapport à l'axe optique. ll y a donc un décalage entre la position calculée selon l'approximation paraxiale et par l'application de la formule précise. Or plus la distance focale est réduite, plus la distorsion est importante. On conçoit donc que l'augmentation du champ de vision provoque une distorsion plus importante. Cette différence est illustrée à la figure 3, pour un miroir sphérique seul et pour un miroir conforme à l'invention. Le rectangle (10) calculé par l'approximation paraxiale est en réalité déformé pour apparaître comme un quadrilatère aux cotés bombés vers l'extérieur. En faisant abstraction des rapports de reduction qui, on l'a vu plus haut, sont dans un rapport n2, l'image (11) obtenue par le miroir conforme à l'invention est moins déformée que celle (12) engendrée par un miroir sphérique seul. Ceci se quantifie par application des formules ci-avant et se visualise sur les courbes de la figure 4. Chaque courbe donne Âx = x0 x 100% en fonction du diamètre A du xO miroir avec: -xg la taille de l'image calculée par l'application des formules (2) et (6), dans l'approximation paraxiale, - et x la taille de l'image calculée par l'application des formules (1) et (5) Ainsi, la courbe AMCI montre que pour un diamètre de l'ordre de 150 mm, la distorsion est de l'ordre de deux fois moins importante que pour un miroir sphérique seul AMCC n ressort de ce qui précède que le rétroviseur conforme à l'invention présente de multiples avantages par rapport aux rétroviseurs existants et notamment aux miroirs sphériques. En effet, le champ de vision est au moins augmenté d'un facteur deux. Parallèlement, les phénomènes de distorsions périphériques sont réduits dans les mêmes proportions. En résumé, l'invention permet de combiner ce qui est innacessible à un miroir sphérique seul, à savoir l'augmentation du champ de vision et la réduction de la distorsion. Ainsi, pour un angle de vision déterminé, l'épaisseur du miroir est nettement inférieur dans le cas de l'invention, ce qui facilite l'implantation de tels rétroviseurs. Enfin, les surfaces utiles sont planes et sphériques, c'est-à-dire faciles à fabriquer. REVINDICATIONS 1/ Dispositif optique réfléchissant, destiné notamment à être utilisé comme rétroviseur, du type comportant une surface réfléchissante sphérique (4) formant un miroir convexe, caractérisé en ce que le miroir convexe (4) est associé à une lentille plan-concave (1) dont la surface concave (3) coïncide avec la surface réfléchissante (4) du miroir convexe. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indice de réfraction du matériau composant la lentille planconcave (1) est supérieur à 1,4. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau composant la lentille plan-concave (1) est choisi dans le groupe comprenant: le verre optique, les polymères optiques tels que le polystyrène, les polycarbonates et le polymétacrylate de méthyle. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface réfléchissante (4) du miroir convexe est obtenue par métallisation de la surface concave (3) de la lentille planconcave (1). 4/ Dispositif selon la revendication 1, destiné à servir de rétroviseur pour véhicule, caractérisé en ce que le rayon de courbure du miroir convexe (4) est compris entre deux cents (200) et quatre cents (400) millimètres.