Brevet FR2753776A1 — publié le 19980327

La présente invention est relative aux feux de signalisation à miroir à surface à stries. ô- De tels feux sont classiquement connus de l'Etat de la Technique. Ils comportent un socle définissant au moins une cavité dont le fond constitue un miroir généralement parabolique présentant sur sa surface des stries habituellement en forme de bandes verticales. Une lampe est montée dans le fond du socle et un voyant ferme le socle à l'avant (par rapport à la direction d'émission de la lumière) de celui-ci. Ce voyant peut lui-même présenter sur sa surface interne des stries cylindriques horizontales. On a constaté sur certains feux de ce type des inhomogénéités d'aspect dans leur plage éclairante. En particulier, certaines zones des stries du miroir peuvent ne pas réfléchir dans certaines directions d'observation. Elles apparaissent dans ces directions comme des zones sombres non éclairantes. Un but de l'invention est de pallier cet inconvénient. A cet effet, elle propose un feu de signalisation de véhicule automobile comportant un socle définissant au moins une cavité dans le fond de laquelle est formé au moins un miroir de forme générale concave, ainsi qu'une source lumineuse montée dans la cavité, la surface de réflexion du miroir présentant une pluralité de stries essentiellement parallèles, caractérisé en ce que, pour chaque strie, chaque section de la strie dans un plan de coupe perpendiculaire à la direction des projections orthogonales des stries sur un plan perpendiculaire à l'axe optique du feu réfléchit la lumière de la source lumineuse sur un même intervalle angulaire en projection sur ce plan de coupe, cet intervalle angulaire s'étendant de part et d'autre de l'axe optique, la direction de réflexion des rayons lumineux variant continuement, sur chacune de ces sections, d'un bord à l'autre de chaque strie. -h- Ainsi, quelque soit la position angulaire de l'observateur, chaque strie présente pour celui-ci un aspect homogène. Avantageusement, en particulier, cet intervalle angulaire est le même pour chacune des stries du miroir. Avec une telle structure, c'est l'ensemble du feu qui présente lorsqu'il est allumé un aspect homogène qui est insensible au déplacement de l'observateur dans un champ angulaire donné. Avantageusement encore, les stries réfléchissent la lumière de la source lumineuse perpendiculairement à la direction des projections orthogonales des stries sur un plan perpendiculaire à l'axe optique du feu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard de la figure unique annexée sur laquelle on a représenté en vue en coupe un feu de signalisation conforme à un mode de réalisation possible pour l'invention. Le feu de signalisation représenté sur cette figure comprend une lampe, par exemple à filament (non représentée), ainsi qu'un miroir 1 défini par un socle du feu et au fond duquel est formée une ouverture pour la lampe. Une bonnette 2 s'étendant à partir du miroir 1 est rapportée sur la lampe. Ce feu présente également un voyant 3 situé en avant du miroir 1. La surface de réflexion du miroir 1 présente une pluralité de stries verticales 4, tandis que la surface intérieure du voyant 3 présente quant à elle une pluralité de stries horizontales. En variante, le voyant 3 peut présenter une surface intérieure lisse. Le miroir 1 présente alors par exemple des stries horizontales définissant avec les stries verticales 4 des facettes de réflexion sensiblement rectangulaires; également encore, il peut être prévu un écran intermédiaire présentant des stries horizontales. Les stries 4 du miroir 1 présentent des surfaces de réflexion qui sont définies mathématiquement de façon que pour chaque strie, chaque section horizontale de la strie dévie la lumière: - en projection horizontale, sur un même intervalle angulaire par rapport à l'axe optique - de façon éventuellement divergente, en projection verticale. Un exemple de calcul pour la surface de réflexion du miroir 1 va maintenant être décrit. Dans toutes la suite du texte, on désigne par S une telle surface et on considère que S est définie dans un repère orthonormé d'un espace euclidien, par z = f(x,y) o f est une fonction différentiable et o y est un vecteur directeur des côtés des projections orthogonales des stries sur un plan perpendiculaire à l'axe optique de la surface S, z étant un vecteur directeur de l'axe optique et x = y A z. On se place dans ce qui suit dans le cas o une source ponctuelle est placée à l'origine O du repère. Soit M un point de S de coordonnées (x, y, f (x,y)). Soit r un vecteur unitaire, directeur du rayon réfléchi en M. Le vecteur N tel que: af ax = úaf(x,y) est normal à S en M ay -1 On montre à partir des lois de Descartes que: -* oUr C. N- - __ - 2 M N (1) Soit P (x,y), l'intersection avec le plan z = Z0 du rayon réfléchi au point M. On montre de la même façon que: . Z0-f(x,y) OP = CM + -t-- r r.z Soit I(u) l'intensité de la source dans la -% direction u. On montre que l'éclairement en P sur l'écran a pour expression: aVl. N. 1'/ E(P)= I() I l_ Il I 2 ||jI - --P A o P lax ay OM. N = I(Coe) O. "" |a io a dÈP ax Ay qui, compte tenu des expressions de r et de OP s'exprime 9f '9f en fonction de f, a et I. ax ay Par conséquent, imposer r(x,y) (c'est-à-dire l'angle de divergence) revient à écrire deux équations aux dérivées partielles en f (puisque 111|= 1, r n'a en effet que que deux composantes indépendantes). Imposer E(P) revient à écrire une équation supplémentaire. On dispose alors de trois équations pour une inconnue (la fonction f). Une telle formulation de problème n'a en général pas de solution, sauf si l'on impose d'autres contraintes. A cet effet, si l'on suppose connus deux points M0(x0,y0) et M,(x,,yl) appartenant à S et correspondant à des directions de réflexion r(xo,y0) et r(xl,yl) également connues, on sait à l'aide de l'équation (1) déterminer No(Xoyo) Nl(xl,yl). Si M est un point de la surface S voisin de M0 et de Ml, dont on connaît les coordonnées x,y, et dont on cherche la coordonnée z, on dispose, étant donné que f est différentiable, des contraintes supplémentaires suivantes. No. MoM = o(d[(xy),(xoYo)]), et,. M M o(d[(x,y),(x1,y1)]) o d est une norme du plan euclididen (0, x, y), et o o est une notation qui signifie que que la valeur désignée est plus petite que la vlaur indiquée entre parenthèses. Après discrétisation du système, on peut écrire (Mo, M1 et M étant des noeuds). -4, - -b1 No.MOM = 0 et N1.M1M = 0. (2) On notera que pour déterminer un point M de la surface S, il est indispensable de considérer deux de ses voisins pour s'assurer de la cohérence des normales telles qu'elles pourront être recalculées à partir des points de la surface avec les normales déduites des dérivées partielles, évaluées entre les points de discrétisation (un seul voisin étant insuffisant). Les équations (2) permettent de calculer deux valeurs z(1) et z (2) de z (a priori différentes puisque le système n'a en général pas de solution). z +z (1) On donne avantageusement à z la valeur z = -2 qui minimise l'erreur quadratique + (-z(2))2, ainsi d'ailleurs que l'angle (x,y), MMO MM1 Le point M étant ainsi déterminé, on dispose d'un point supplémentaire (et du vecteur N qui lui correspond) pour calculer d'autres points du réflecteur. On calcule de la sorte, de proche en proche, l'ensemble du réflecteur, en l'optimisant localement au sens des critères ci-dessus. Le calcul des éclairements procurés peut être effectué simultanément grâce aux formules établies plus haut. On notera qu'il possible de simplifier la formule rigoureuse d'éclairement en remarquant que, dans la plupart des applications Z0>>x, Z0>>y, Zo">>f(x,y). r On a alors OP =Z0. -- et r. z CM.N E(P) I( OM) C N 0 0X-=- IlFlr3z2 |x v__ A_ y r OXr.z aY r.z Dans le cas o l'une des dérivées partielles est a r nulle (par exemple - ->), l'approximation de OP ne ax r. z doit pas être utilisée et on doit écrire par exemple d O a OM af r OP = _ ax ax ax r. z Alors E(P) = _xxr.z_ > 3 iN rax? af r I za r. Tenter de fixer r(x,y) impose plus de contraintes au réflecteur qu'il n'est en principe nécessaire pour traiter un problème d'éclairage/signalisation. On peut en revanche modifier les lois afin d'optimiser les éclairements procurés. Une application particulière de la méthode de calcul ci-dessus va maintenant être décrite. r On s'intéresse au cas o s- a des coordonnées r. z de la forme ta(y), ta:R --R y -> T0(k)+T (k)g(2 -Ay a A o y[(2k- 1) 2A1) 9, kEZ 2'9 Ay étant une constante préalablement fixée. g: [-1,1[ -> [-1,1[ étant une fonction également préalablement fixée qui permet d'ajuster la fonction d'énergie lumineuse dans le champ de lumière, par exemple pour élargir le champ lumineux au centre du feu. Une telle fonction ta définit des réflecteurs à stries de largeur Ay, réalisant la répartition de la lumière dans le plan x = 0, de façon similaire pour chaque strie, mais sur des champs pouvant différer. OM. N On a alors E(P)=I( t).N - (3) lIZoT (k) 2 y-kAy) Si l'on veut par exemple obtenir un aspect homogène de l'axe, cela revient à chercher Ta telle que, VyER tel que Ta(y) = 0, E(P(O,y)) = E0 (E0 étant une constante donnée). A cet effet, on applique une méthode itérative: On donne à Ta(k) une valeur initiale Tai (champ utile), et on construit la surface correspondante, On choisit ensuite l'ensemble de points sur lesquels on veut contraindre E, puis on calcule Ta à partir de (3), en prenant E(r) = Eo sur la facette extrême et en calculant de proche en proche les autres points. On dispose ainsi d'une nouvelle surface qui permet de calculer à nouveau T"(k). On réitère ainsi le calcul de la surface, jusqu'à ce que le calcul converge. Quelques itérations suffisent en général puisque le centre des facettes reste sensiblement appuyé sur une même paraboloïde. On notera que le choix de g est arbitraire. Dans un premier temps, g peut être choisi égal à l'identité auquel cas g'=1. La méthode de calcul qui vient d'être décrite dans le cas d'un réflecteur à stries verticales est généralisable, avec des temps d'itération beaucoup plus grands, à des réflecteurs définis par une pluralité de facettes rectangulaires (stries horizontales et verticales). Par ailleurs, pour des dimensions importantes, on construit préférentiellement des réflecteurs de Fresnel, de façon à réduire leur profondeur. Dans le cas d'un réflecteur discontinu, afin es d'éviter tout effet d'ombre portée (d'une strie sur la suivante), on s'appuie sur l'image du bord de la strie précédente par une transformation R3 -->R3 > A M-> M' tel que OM' colinéaire à OM Une telle construction rend toutefois inopérante une partie de la surface apparente (d'o une perte de flux) et est inutile (et même nuisible) au-delà du plan de la source. Plusieurs réflecteurs ont été calculés en utilisant la méthode de calcul qui vient d'être décrite. Notamment, on a calculé un premier et un deuxième réflecteurs de petites dimensions (80x60 mm2) et de surface continue avec respectivement Ta(k) = constante T"(k) tel que les intensités dans l'axe donnée par les différentes facettes restent dans un rapport 1. On a également calculé un troisième et un quatrième réflecteur de grandes dimensions (190x60 mm2) et de surface discontinue avec respectivement Ta(k) = constante T"(k) tel que les intensités dans l'axe donnée par les différentes facettes restent dans un rapport 4. Dans tous les cas, la source était telle que I(CL) = Io0(1-E)Sin( OM, A)+ E o A représente l'axe du filament (vertical dans nos exemples, i.e. parallèle à (Ox)), E étant choisiégal à 5 %. D'autres variantes de réalisation que celles qui viennent d'être décrites peuvent bien entendu être envisagées. Notamment, les stries du miroir peuvent être horizontales. Egalement, elles peuvent ne pas être jointives, ni même être de largeur constante. En particulier, les largeurs des stries peuvent être choisies de façon que les intensités d'éclairage des stries soient sensiblement constantes d'une strie à l'autre. REVENDICATIONS " 1. Feu de signalisation de véhicule automobile comportant un socle définissant au moins une cavité dans le fond de laquelle est formé au moins un miroir de forme générale concave, ainsi qu'une source lumineuse montée dans la cavité, la surface de réflexion du miroir présentant une pluralité de stries essentiellement parallèles, caractérisé en ce que, pour chaque strie, chaque section de la strie dans un plan de coupe perpendiculaire à la direction des projections orthogonales des stries sur un plan perpendiculaire à l'axe optique du feu réfléchit la lumière de la source lumineuse sur un même intervalle angulaire en projection sur ce plan de coupe, cet intervalle angulaire s'étendant de part et d'autre de l'axe optique, la direction de réflexion des rayons lumineux variant continuement, sur chacune de ces sections, d'un bord à l'autre de chaque strie. 2. Feu de signalisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que cet intervalle angulaire est le même pour chacune des stries du miroir. 3. Feu de signalisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les stries réfléchissent la lumière de la source lumineuse perpendiculairement à la direction des projections orthogonales des stries sur un plan perpendiculaire à l'axe optique du feu. 4. Feu de signalisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les largeurs des stries sont choisies de façon que les intensités d'éclairage des stries soient sensiblement constantes d'une strie à l'autre. 5. Feu de signalisation selon l'une des revendications précédentes,caractérisé en ce que les stries sont verticales. 6. Feu de signalisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de réflexion du miroir est constituée de facettes rectangulaires. 7. Feu de signalisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le miroir présente une forme générale parabolique.