Brevet FR2830074A1 — publié le 20030328

"Système optique pour la formation d'un faisceau lumineux comportant une série de fibres optiques" La présente invention propose un système optique pour la formation d'un faisceau lumineux utilisant une série de fibres optiques pour guider un flux lumineux depuis une source de lumière vers une surface réfléchissante composée d'une série de réflecteurs élémentaires associés aux fibres optiques. L'invention concerne notamment un tel système utilisé pour la conception d'un phare ou d'un feu de véhicule automobile. Dans l'état de la technique, on sait que l'on peut utiliser des fibres optiques pour guider la lumière depuis une source de lumière vers des emplacements divers sans avoir à souffrir de pertes de transmission importantes. Le flux lumineux guidé par les fibres est condensé dans les dimensions relativement petites des fibres pour être distribué, par exemple, à des emplacements différents dans un système d'éclairage de véhicule automobile. Un système optique de ce type est connu du document FR-A-2.684. 432. Il comporte une source de lumière et une série de fibres optiques qui reçoit le flux lumineux de la source de lumière et la guide vers un moyen optique constitué d'un agencement de lentilles, et dont chaque fibre optique transmet une partie du flux lumineux vers une lentille qui lui est associée. Dans l'utilisation de moyens optiques utilisant des lentilles, il faut souligner la difficulté pour réaliser des lentilles de formes complexes, par exemple, en ce qui concerne le coût ou le poids. Il faut également noter que les lentilles absorbent une quantité non négligeable du flux de lumière. Dans le document FR-A-2.782. 778, comme représenté sur la figure 1 annexée à la présente description, le système optique 10 est composé d'une source de lumière 12, d'une série de fibres optiques 14 et d'une série de réflecteurs élémentaires 18, et dont chaque fibre optique 14 est associée à un réflecteur élémentaire 18. Dans ce document, le tronçon 22 d'extrémité de sortie de chaque fibre optique 14 est dénudé sur une partie de sa longueur de manière à émettre la lumière dans toutes les directions, cette partie dénudée 24 constitue directement une source de lumière secondaire cylindrique, à la manière par exemple d'une lampe à filament à incandescence. Chaque réflecteur élémentaire 18 comporte un orifice 30 à travers lequel passe la partie dénudée 24 de la fibre optique 14 qui lui est associée, et elle est placée au niveau du foyer du réflecteur élémentaire 18. Ainsi, on retrouve un système optique 10 élémentaire conventionnel avec une source lumineuse émettant dans toutes les directions et un réflecteur qui dirige les rayons dans une direction voulue. L'inconvénient de ce type de système optique 10 est que pour avoir un faisceau lumineux qui soit le moins divergent possible, l'ensemble des réflecteurs élémentaires 18 doit réfléchir un maximum des rayons qui sont émis suivant des directions autres que celle souhaitée. Ceci implique que la surface de réflexion de chaque réflecteur élémentaire 18 doive s'étendre audelà de son foyer. Ceci implique une profondeur importante de chaque réflecteur élémentaire 18, et donc un encombrement important du système optique 10, ainsi qu'un aspect dégradé par le fait que depuis l'extérieur, on voit des surfaces de réflexion juxtaposées ayant chacune une profondeur importante et au fond de celles-ci on peut aussi voir les tronçons 22 d'extrémités de sortie des fibres optiques. La présente invention a pour objet un système optique dans lequel les réflecteurs ont une profondeur réduite, et dont le style particulier offre un aspect sans source de lumière apparente. Selon l'invention, le système optique comporte une source de lumière qui émet un flux lumineux, une série de fibres optiques qui guide le flux lumineux depuis la source de lumière vers une surface réfléchissante composée d'une série de réflecteurs élémentaires et dont chaque fibre optique comporte une d'extrémité d'entrée qui reçoit une partie du flux lumineux et un tronçon d'extrémité de sortie qui émet cette même partie du flux lumineux vers un réflecteur élémentaire qui lui est associé et est caractérisé en ce que le tronçon d'extrémité de sortie comporte une face transversale de sortie située à l'extrémité longitudinale libre du tronçon d'extrémité de sortie par laquelle la partie du flux lumineux guidée par la fibre est émise sous forme d'un pinceau lumineux globalement conique dont l'axe principal est dirigé directement ou indirectement vers le réflecteur élémentaire associé à la fibre optique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - l'axe principal du pinceau lumineux forme un angle aigu, avec l'axe horizontal du faisceau d'éclairage, qui est supérieur à la moitié de l'angle au sommet du pinceau lumineux ; - les tronçons d'extrémité de sortie des fibres sont situés en dessous d'un plan horizontal, notamment d'un plan passant par l'extrémité inférieure de la surface réfléchissante ; - chaque réflecteur élémentaire délimite une surface de réflexion dont le foyer de la génératrice verticale est situé au niveau de la partie inférieure de la face de sortie de la fibre optique associée ; - chaque réflecteur élémentaire délimite une surface de réflexion dont le foyer de la génératrice verticale est situé au niveau du centre de la face de sortie de la fibre optique associée ; - chaque réflecteur élémentaire délimite une surface de réflexion dont la génératrice horizontale est convergente ; - un réflecteur élémentaire comporte une surface de réflexion principale vers laquelle l'axe principal du pinceau lumineux est dirigé et au moins une surface de réflexion complémentaire qui est disposée de sorte à réfléchir une partie du pinceau lumineux qui est complémentaire à la partie du pinceau lumineux réfléchie par la surface de réflexion principale ; - chaque surface de réflexion complémentaire est située longitudinalement entre la surface de réflexion principale et la face de sortie de la fibre optique ; - le réflecteur possède un plan vertical de symétrie, et en ce qu'il comporte deux surfaces complémentaires de réflexion disposées symétriquement par rapport au plan vertical de symétrie du réflecteur ; - le profil de la surface réfléchissante est obtenu par l'association de réflecteurs élémentaires dont les profils de leurs surfaces de réflexion sont différents - l'axe principal du pinceau lumineux est dirigé indirectement vers le réflecteur élémentaire associé par au moins un miroir réfléchissant ou un élément de déviation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective de trois-quarts avant gauche de la structure d'un système optique conforme au document de l'art antérieur FR-A-2.782. 778 ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective de trois-quarts avant gauche de la structure d'un système optique conforme à l'invention ; - la figure 3 est une représentation schématique en section longitudinale par un plan vertical d'un réflecteur élémentaire et de la fibre optique qui lui est associée, conformes à l'invention ; - la figure 4 est une représentation schématique en section longitudinale par un plan horizontal passant par l'axe du tronçon d'extrémité de sortie de la fibre optique d'un réflecteur élémentaire et de la fibre optique qui lui est associée conformes à l'invention ; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 qui illustre une variante de l'invention. Pour la description de l'invention, on adoptera à titre non limitatif les orientations verticale, longitudinale et transversale selon le repère V, L, T indiqué à la figure 2. Dans la description, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté sur la figure 1 un système optique 10 connu du document de l'art antérieur FR-A-2. 782.778. Ce système optique 10 comporte une source de lumière 12 qui émet un flux lumineux, une série de fibres optiques 14 qui guide le flux lumineux depuis la source de lumière 12 vers une surface réfléchissante 16 composée d'une série de réflecteurs élémentaires 18. Chaque fibre 14 comporte une extrémité d'entrée 20 qui reçoit une partie du flux lumineux et un tronçon d'extrémité de sortie 22. Le tronçon d'extrémité de sortie 22 est dénudé sur une partie de sa longueur, c'est-à-dire sur un segment 24 d'extrémité libre pour lequel le coeur 26 de la fibre optique 14 n'est plus recouvert par la gaine 28 de la fibre 14. Ce segment 24 est traité optiquement de manière à produire des fuites de lumière approximativement constantes sur toute sa surface. Ainsi, le segment 24 constitue une source lumineuse secondaire globalement cylindrique, et il se comporte à la manière d'un filament à incandescence qui émet de la lumière dans toutes les directions. Chaque réflecteur élémentaire 16 comporte un trou 30 à travers lequel passe le tronçon d'extrémité de sortie 22 de la fibre optique 14 qui lui est associée, et dont le segment dénudé 24 est placé au niveau du foyer du réflecteur élémentaire 18. Un inconvénient de ce type de système optique 10 réside en ce que, pour avoir un meilleur éclairement de la zone visée, c'est à dire pour obtenir un faisceau le moins divergent possible, l'ensemble des réflecteurs élémentaires 18 doit réfléchir un maximum des rayons qui sont émis par les segments 24 suivant des directions autres que celles souhaitées. Ceci implique une profondeur importante de chaque réflecteur élémentaire 18 et donc un encombrement important du système optique 10. On a représenté sur la figure 2 un système optique 10 conforme à l'invention. Ce système optique 10 comporte une source de lumière 12 qui émet un flux lumineux, une série de fibres optiques 14 qui guide le flux lumineux depuis la source de lumière 12 vers une surface réfléchissante 16 composée d'une série de réflecteurs élémentaires 18. Chaque fibre optique 14 comporte une extrémité d'entrée 20 qui reçoit une partie du flux lumineux et un tronçon d'extrémité de sortie 22 qui émet cette même partie du flux lumineux directement vers un réflecteur élémentaire 18 qui lui est associé. La partie du flux lumineux reçu par l'extrémité d'entrée de la fibre est émise par la seule face transversale de sortie 32 du tronçon d'extrémité de sortie. Cette face de sortie 32 est globalement perpendiculaire à l'axe du tronçon d'extrémité de sortie 22, et elle est située à son extrémité libre. La face de sortie 32 peut aussi être inclinée par rapport à l'axe du tronçon d'extrémité de sortie 22. La partie du flux lumineux est émise depuis la face de sortie 32 sous la forme d'un pinceau lumineux 34. Par nature, pour des fibres optiques 14 de section circulaire constante, le pinceau lumineux 34 sortant de la face de sortie 32 se présente sous forme d'un cône dont l'angle au sommet p est en général compris entre 40 et 60 et son axe A général est perpendiculaire à la face de sortie 32. L'invention n'est toutefois pas limitée à une fibre optique 14 de section circulaire associée à chaque réflecteur élémentaire 18. En effet, selon une variante (non représentée) de l'invention, le système optique peut comporter un réseau de fibres optiques 14 associé à chaque réflecteur élémentaire 18. Chaque réseau comporte alors une face de sortie composée des faces de sortie 32 des fibres optiques 14, et cette face de sortie peut avoir une forme complexe définie en fonction de la forme du faisceau d'éclairage à obtenir. Ainsi, par exemple, pour obtenir un faisceau du type"code" ou"antibrouillard", la face de sortie comporte un côté supérieur horizontal et rectiligne, un coté inférieur de longueur inférieure à la longueur du côté supérieur, et la largeur de la surface est décroissante en se rapprochant du côté inférieur. Pour obtenir une faisceau du type"route", la forme de la face de sortie est circulaire ou ovale ; pour obtenir la portion relevée à 15 du faisceau de croisement européen unifié, la face de sortie est de forme rectangulaire inclinée à 15 . Sur la figure 3, on peut voir l'orientation du pinceau lumineux 34 par rapport au réflecteur élémentaire 18 qui lui est associé. Le pinceau lumineux 34 émis par la face de sortie 32 est dirigé directement en direction du réflecteur élémentaire 18 qui lui est associé, sans utiliser un quelconque moyen optique intermédiaire, c'est-à-dire que l'axe A général du pinceau 34 est orienté vers la surface concave de réflexion 36 du réflecteur élémentaire 18. La partie du flux lumineux transportée par chaque fibre optique 14 est émise selon un pinceau lumineux 34 de forme globalement conique, ce qui signifie que tous les rayons lumineux ont une direction comprise dans ce cône, contrairement au système optique 10 décrit dans le document FR-A-2.782. 778, pour lequel les rayons sont émis suivant toutes les directions. Ceci, combiné au fait que le pinceau lumineux 34 est orienté vers le réflecteur élémentaire 18 qui lui est associé, induit que la grande majorité des rayons lumineux est réfléchie par le réflecteur élémentaire, sans que la profondeur du réflecteur élémentaire 18 soit importante. La surface réfléchissante 16 ainsi obtenu a alors un faible encombrement longitudinal. Selon une caractéristique de l'invention, l'axe A du pinceau lumineux 34 est incliné par rapport à l'horizontale selon un angle aigu a qui est supérieur à la moitié de l'angle au sommet p du pinceau lumineux 34. Afin d'obtenir un système optique 10 qui offre un aspect avantageux pour lequel les sources de lumière secondaires, c'est- à-dire les fibres optiques 14, ne sont pas apparentes depuis l'extérieur, les tronçons d'extrémité de sortie 22 sont situés en dessous d'un plan P horizontal qui est situé au niveau de la partie inférieure de la surface réfléchissante 16. La géométrie de la surface de réflexion 36 de chaque réflecteur élémentaire 18 ainsi que la géométrie de la face de sortie 32 de la fibre optique 14 qui lui est associée définissent une partie du faisceau lumineux résultant. Ainsi, pour définir la portée du système optique, chaque surface de réflexion 36 a une génératrice verticale 38 dont la distance focale est élevée et son foyer est de préférence situé au niveau de la face de sortie 32 qui lui est associée, comme on peut le voir à la figure 3. Selon une caractéristique de l'invention, la position du foyer de la génératrice verticale 38, dépend du faisceau qui doit être obtenu. Ainsi, par exemple, pour avoir une faisceau du type "croisement", le foyer est situé au niveau de la partie inférieure de la face de sortie 32, et pour avoir un faisceau du type"route", le foyer est situé au niveau du centre de la face de sortie 32. La répartition latérale du faisceau lumineux est définie par la génératrice horizontale 40 de chaque surface de réflexion 36 comme cela est représenté à la figure 4. Cette génératrice horizontale 40 est conçue de façon convergente, ceci permet de réduire les dimensions latérales du faisceau lumineux. On peut alors avoir une glace de protection 42, appartenant au phare ou au feu, de faible ouverture, ce qui est en général impossible lorsque l'on a recours à des sources de lumière disposées à proximité des réflecteurs, notamment à cause de problèmes thermiques, or, en sortie de fibre optique 14, la lumière est dite "froide", c'est-à-dire que les fibres optiques 14 ne transportent pas la chaleur provenant de la source de lumière 12. Le fait d'avoir une surface de réflexion 36 dont la génératrice horizontale 40 est convergente, permet de réaliser des réflecteurs élémentaires 18 de formes complexes. Ainsi, selon la variante de l'invention représentée sur la figure 5, la surface de réflexion 36 est divisée en plusieurs surfaces de réflexion, ici une surface de réflexion principale 36a et deux surfaces de réflexion secondaires 36b. La surface de réflexion principale 36a est conçue en fonction de la portée du système optique 10, notamment en ce qui concerne sa distance focale, et c'est vers elle que l'axe A du pinceau lumineux 34 est dirigé. Les surfaces de réflexion secondaires 36b forment un faisceau lumineux plus large et plus épais. Elles ont ainsi une distance focale inférieure à la distance focale de la surface de réflexion principale 36a. Les surfaces de réflexion secondaires 36b sont disposées transversalement de part et d'autre de la surface de réflexion principale 36a et symétriquement par rapport à un plan vertical passant par l'axe général du pinceau lumineux 34. Elles sont disposées longitudinalement entre la surface de réflexion principale 36a et la face de sortie 32 de la fibre optique 14 qui leur est associée. Les surfaces de réflexion secondaires 36b sont disposées de manière à"récupérer"une partie secondaire 34b du pinceau lumineux 34, cette partie secondaire 34b étant complémentaire de la partie principale 34a du pinceau lumineux qui est récupérée par la surface de réflexion principale 36a. Cette disposition permet d'utiliser la totalité du pinceau lumineux 34 avec une largeur transversale réduite de la surface de réflexion 36. Pour ne pas pénaliser l'aspect du système optique les réflecteurs unitaires 18 situés aux extrémités latérales de la surface réfléchissante 16 peuvent ne comporter qu'une seule surface de réflexion secondaire 36b. Cette surface de réflexion secondaire 36b est alors disposée latéralement vers l'extérieur de la surface réfléchissante 16. Selon une variante de l'invention (non représentée), le pinceau lumineux 34 émis par la face de sortie 32 est dirigé vers l'avant en direction d'un élément de déviation, par exemple un miroir ou prisme, de sorte que son axe A soit dirigé indirectement vers le réflecteur élémentaire associé. Afin d'améliorer le style particulier du système optique sans source de lumière apparente, le plan P peut consister en un miroir sans tain qui laisse passer le flux lumineux venant des fibres optiques 14 et qui réfléchit les rayons lumineux dirigés vers les fibres optiques. Les orientations horizontales et verticales sont données à titre d'exemple non limitatif et l'orientation d'un tel système optique 10 peut être différente sans pour autant sortir de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système optique (10), pour la formation d'un faisceau d'éclairage suivant un axe globalement horizontal, comportant une source de lumière (12) qui émet un flux lumineux, une série de fibres optiques (14) qui guide le flux lumineux depuis la source de lumière (12) vers une surface réfléchissante (16) composée d'une série de réflecteurs élémentaires (18) et dont chaque fibre optique (14) comporte une d'extrémité d'entrée (20) qui reçoit une partie du flux lumineux et un tronçon d'extrémité de sortie (22) qui émet cette même partie du flux lumineux vers un réflecteur élémentaire (18) qui lui est associé, caractérisé en ce que le tronçon d'extrémité de sortie (22) comporte une face (32) transversale de sortie située à l'extrémité longitudinale libre du tronçon d'extrémité de sortie (22) par laquelle la partie du flux lumineux guidée par la fibre (14) est émise sous forme d'un pinceau lumineux (34) globalement conique dont l'axe principal (A) est dirigé directement ou indirectement vers le réflecteur élémentaire (18) associé à la fibre optique (14). 2. Système optique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe principal (A) du pinceau lumineux forme un angle aigu (a), avec l'axe horizontal du faisceau d'éclairage, qui est supérieur à la moitié de l'angle au sommet (ss) du pinceau lumineux (34). 3. Système optique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tronçons d'extrémité de sortie (22) des fibres (14) sont situés en dessous d'un plan horizontal (P), notamment d'un plan passant par l'extrémité inférieure de la surface réfléchissante (16). 4. Système optique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque réflecteur élémentaire (18) délimite une surface de réflexion (36) dont le foyer de la génératrice verticale (38) est situé au niveau de la partie inférieure de la face de sortie (32) de la fibre optique (14) associée. 5. Système optique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque réflecteur élémentaire (18) délimite une surface de réflexion (36) dont le foyer de la génératrice verticale (38) est situé au niveau du centre de la face de sortie (32) de la fibre optique (14) associée. 6. Système optique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque réflecteur élémentaire (18) délimite une surface de réflexion (36) dont la génératrice horizontale (40) est convergente. 7. Système optique (10) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que un réflecteur élémentaire (18) comporte une surface de réflexion principale (36a) vers laquelle l'axe principal (A) du pinceau lumineux (34) est dirigé et au moins une surface de réflexion complémentaire (36b) qui est disposée de sorte à réfléchir une partie (34b) du pinceau lumineux qui est complémentaire à la partie (34a) du pinceau lumineux réfléchie par la surface de réflexion principale (36a). 8. Système optique (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque surface de réflexion complémentaire (36b) est située longitudinalement entre la surface de réflexion principale (36a) et la face de sortie (32) de la fibre optique (14). 9. Système optique (10) selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le réflecteur (18) possède un plan vertical de symétrie, et en ce qu'il comporte deux surfaces complémentaires (36b) de réflexion disposées symétriquement par rapport au plan vertical de symétrie du réflecteur (18). 10. Système optique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil de la surface réfléchissante (16) est obtenu par l'association de réflecteurs élémentaires (18) dont les profils de leurs surfaces de réflexion sont différents. 11. Système optique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe principal (A) du pinceau lumineux (34) est dirigé indirectement vers le réflecteur élémentaire (18) associé par au moins un miroir réfléchissant ou un élément de déviation.