Brevet FR2867257A1 — publié le 20050909

DISPOSITIF DE SIGNALISATION ET/OU D'ECLAIRAGE POUR VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UN ELEMENT DIOPTRIQUE. L'invention est relative à un dispositif de signalisation et/ou d'éclairage pour véhicule automobile du genre de ceux qui comportent un élément dioptrique en matière transparente d'indice de réfraction supérieur à celui de l'air, présentant un contour extérieur et un logement central pour recevoir une source lumineuse et pour éclairer suivant un axe optique, cet élément ayant une face avant et une face arrière globalement inclinées de l'arrière vers l'avant suivant le sens de propagation de la lumière, la face arrière étant io prévue pour assurer une réflexion vers l'avant de la lumière provenant de la source. Un tel dispositif est connu par exemple d'après EP-A-1 338 844. L'élément dioptrique sert à la fois de récupérateur énergétique et de répartiteur spatial, notamment pour satisfaire les exigences de la réglementation correspondante. Toutefois, pour réaliser la fonction, une symétrie de révolution autour de l'axe optique est requise pour l'élément dioptrique afin d'optimiser la récupération du flux de la source lumineuse sur un demi-espace. Ainsi, le contour extérieur de l'élément dioptrique doit être circulaire. Or, pour des raisons de style, d'insertion dans un ensemble, ou autres, il est souhaitable de pouvoir donner au contour extérieur du dispositif de signalisation et/ou d'éclairage une forme non circulaire, notamment rectangulaire ou carrée. Si l'on découpe suivant un contour carré ou rectangulaire un élément dioptrique conçu avec un contour circulaire, des pertes de lumière importantes sont générées au niveau des zones tronquées car la nouvelle géométrie de la pièce ne permet plus, en général, de respecter le principe de la réflexion totale de la lumière au sein de la matière. L'éclairement assuré par le dispositif de signalisation n'est plus du tout homogène en vue de face. L'invention a donc pour but de fournir un dispositif de signalisation et/ou d'éclairage du genre défini précédemment qui, tout en utilisant le principe de réflexion totale de la lumière dans une matière transparente d'indice de réfraction supérieur à celui de l'air, permet d'obtenir un aspect allumé aussi homogène que possible en vue de face, avec des formes quelconques pour le contour extérieur, sans symétrie de révolution. Selon l'invention, le dispositif de signalisation et/ou d'éclairage pour véhicule automobile du genre défini précédemment est caractérisé en ce que la face arrière de l'élément dioptrique est divisée en secteurs angulaires, que chaque secteur est limité vers l'arrière par une surface élémentaire de révolution, notamment autour de l'axe optique, et que la méridienne de cette surface est constituée par un profil composé d'au moins une portion de courbe ou de droite sur laquelle un rayon issu de la source est réfléchi totalement vers l'avant du dispositif, ce profil comportant deux points de passage imposés, à savoir un point sur le bord du logement central destiné à la source lumineuse et un autre point sur le contour extérieur de l'élément io dioptrique, ledit profil étant déterminé pour vérifier, sur toute sa longueur optiquement utile, la propriété de réflexion totale de la lumière pour la majeure partie des rayons issus de la source. Exprimé autrement, on peut dire que cette méridienne est constituée par un profil composé d'au moins une portion de courbe ou de droite sur laquelle des rayons issus de la source sont réfléchis vers l'avant du dispositif, ledit comportant deux points de passage imposés, à savoir un point sur le bord du logement central destiné à recevoir la source lumineuse et un autre sur le contour extérieur de l'élément dioptrique, ledit profil étant déterminé pour vérifier, sur toute sa longueur optiquement utile, la propriété de réflexion totale des rayons lumineux issus de la source qu'il reçoit. De préférence, les secteurs angulaires sont centrés sur, ou au voisinage de, l'axe optique. Le profil est avantageusement composé d'au moins une portion de courbe constituée par un arc de conique dont un foyer est centré sur la 25 source, l'autre foyer étant situé vers l'avant. Le profil, pour un secteur, est en général défini dans un plan passant par l'axe optique et divisant ce secteur en deux parties, égales ou non. Le profil peut être constitué de plusieurs portions de courbe ou de droite reliés entre eux par des segments optiquement neutres. Par l'expression segment optiquement neutre on désigne un segment qui ou bien ne reçoit pas de lumière, ou bien en reçoit et la laisse échapper. On peut aussi concevoir un profil composé de portions de courbe et de portions de droite. De préférence, le profil est composé de plusieurs portions de courbe constituées par des arcs d'ellipse. Les ellipses des arcs successifs ont un second foyer situé vers l'avant et qui s'éloigne de plus en plus radialement de l'axe optique. Le choix de courbes en forme d'ellipse facilite la mise en oeuvre de l'invention, mais on peut aussi choisir des portions de parabole par exemple. Avantageusement, l'étendue angulaire d'un secteur est inférieure ou égale à 15 , de préférence inférieure ou égale à 10 , et notamment égale s à environ 5 . Chaque secteur peut être relié au secteur adjacent par une portion de plan qui passe par l'axe optique. Le contour extérieur de l'élément dioptrique peut être un polygone, par exemple un carré, un rectangle, un losange, un triangle, un trapèze, ou être de forme absolument quelconque. Cette flexibilité dans la forme de l'élément dioptrique est un point fort de l'invention, car on peut ainsi l'adapter à tous les styles de projecteur. Le dispositif peut constituer un feu diurne ou un indicateur de direction à faisceau de signalisation large et le contour extérieur de l'élément dioptrique est carré. La face arrière de l'élément dioptrique peut être décomposée en N secteurs de Y sur une ouverture de N'Y égale à environ 45 (par exemple 9 secteurs de 5 ou 18 secteurs de 2,5 ). De préférence, le profil de chaque secteur est constitué d'au moins douze arcs d'ellipse reliés entre eux par des segments optiquement 20 neutres. Avantageusement, la source lumineuse est une diode électroluminescente. L'invention a également pour objet tout véhicule automobile équipé d'au moins un dispositif décrit précédemment. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins: Fig.1 est une coupe axiale partielle d'un dispositif de signalisation de l'art antérieur avec élément dioptrique. Fig.2 est une vue en perspective de l'avant avec partie arrachée du dispositif de Fig.1. Fig.3 est une coupe schématique illustrant une perte de réflexion totale par modification d'un profil. Fig.4 est une vue schématique de l'arrière d'un dispositif de signalisation ou d'éclairage selon l'invention. Fig.5 est une coupe schématique partielle, par un plan passant par l'axe optique, illustrant un profil de la face arrière d'un élément dioptrique selon l'invention. Fig.6 est une vue de face d'un exemple de réalisation d'un élément dioptrique pour dispositif selon l'invention. Fig.7 est une vue en perspective arrière de l'élément dioptrique de Fig.6. Fig.8 est une coupe schématique partielle d'un profil selon l'invention avec un nombre réduit d'arcs d'ellipse et Fig.9 est une coupe partielle semblable à Fig.8 avec un nombre io plus important d'arcs d'ellipse. En se reportant à Figs.l et 2, on peut voir un dispositif de signalisation connu d'après EP-A-1 338 844. Ce dispositif comporte un élément dioptrique la en matière transparente d'indice de réfraction supérieur à celui de l'air. Cet élément la présente un contour extérieur 2a et un logement central 3a, à ouverture circulaire vers l'arrière, pour recevoir une source lumineuse S, avantageusement constituée par une LED (diode électroluminescente). Le dispositif est prévu pour éclairer principalement suivant un axe optique X-X. L'élément dioptrique la est de révolution autour de cet axe X-X de sorte que le contour extérieur 2a est circulaire. L'élément la comporte une face avant 4a et une face arrière 5a globalement inclinées de l'arrière vers l'avant selon le sens de propagation de la lumière (vers la droite selon Fig.l) quand on s'éloigne radialement de l'axe optique X-X. La face arrière 5a est prévue pour assurer une réflexion totale des rayons lumineux provenant de la source S. Les rayons sont renvoyés vers l'avant et traversent la face 4a. L'élément la étant de révolution autour de l'axe X-X, la face arrière 5a peut être constituée d'une succession de surfaces tronconiques en gradins. On rappelle, d'une manière générale, que lorsque la lumière passe d'un milieu plus réfringent vers un milieu moins réfringent, si l'angle d'incidence est supérieur à une valeur limite dépendant des indices de réfraction des deux milieux la lumière subit une réflexion totale à l'interface, tandis que la lumière est réfractée dans le milieu moins réfringent si l'angle d'incidence est inférieur à cette valeur limite. Si l'on découpe l'élément dioptrique la pour lui donner un contour non circulaire, par exemple un contour carré ou rectangulaire en vue de face, on génère des pertes de lumière importantes au niveau des zones tronquées comme expliqué à l'aide de Fig.3 qui est une coupe partielle de l'élément dioptrique la par un plan passant par l'axe optique. Le profil de la face arrière 5a est schématisé. Une partie représentée en tirets a été découpée suivant une face plane 6a. RI et R2 désignent deux rayons lumineux issus s de la source S. Le rayon RI est dévié en Rlb lorsqu'il entre dans la matière transparente de la pièce la, puis il subit une réflexion totale contre la face arrière 5a pour être réfléchi suivant la direction RIc et sortir vers l'avant de la pièce la, c'est-à-dire vers la droite de Fig.3. Le rayon R2, moins incliné sur l'axe optique que le rayon R1, est réfracté en R2b dans la matière transparente de l'élément la. Avant que cet élément la ne soit découpé selon la face 6a, le rayon R2b subissait une réflexion totale au point G où il rencontrait la face arrière 5a pour être réfléchi suivant R2c. Après découpe de l'élément la suivant la face 6a, le rayon R2b rencontre cette face 6a au point K et n'est plus réfléchi mais sort suivant une direction Rd, transversale par rapport à l'axe optique X-X, ce qui correspond à une perte de lumière. Selon l'invention, pour éviter cette perte de lumière, et pour conserver la propriété de réflexion totale pour un élément dioptrique 1 (Fig.4) dont le contour extérieur 2 peut être quelconque, et afin d'obtenir un aspect allumé homogène quand on regarde de face le dispositif de signalisation ou d'éclairage, on réalise la face arrière 5 (Fig.5) comme expliqué ci-après. Cette face arrière 5 est divisée en secteurs angulaires 7, de préférence centrés sur, ou au voisinage de, l'axe optique X-X et la source S. L'étendue angulaire d'un secteur 7 est réduite, inférieure ou égale à 15 , en particulier d'environ 5 . On retrouve au centre de l'élément 1 un logement 3 avec ouverture circulaire vers l'arrière pour loger la source lumineuse S. Dans le plan 8 passant par l'axe optique et divisant chaque secteur 7 en deux parties égales, un profil 9 (Fig.5) de la face arrière 5 est défini comme suit: - le profil 9 est composé d'au moins une portion de courbe ou de droite sur laquelle un rayon issu de la source est réfléchi totalement vers l'avant du dispositif; - le profil 9 comprend deux points de passage imposés, à savoir un premier point 10 sur le bord de l'ouverture du logement central 3 et un second point 11 situé sur le contour extérieur 2 de l'élément dioptrique. Le profil 9 est déterminé pour vérifier, sur toute sa longueur optiquement utile, la propriété de réflexion totale de la lumière au sein de la matière de l'élément 1. Avantageusement, la ou chaque portion de courbe composant le profil est un arc de conique. Dans l'exemple de Fig.5, le profil 9 est composé de plusieurs arcs d'ellipse 9a, 9b... 9h dont un foyer est centré sur la source S; l'autre foyer est situé vers l'avant de la source S, c'est-àdire au-dessus selon Fig.5. On peut aussi constituer le profil de portions de droite qui seraient chacune des tangentes aux ellipses évoqués précédemment. L'ellipse est choisie comme conique pour des raisons de simplicité d'exécution, mais il est io possible de composer le profil avec des arcs de parabole dont le second foyer est rejeté à l'infini. Dans la pratique, l'arc de conique, notamment d'ellipse, peut être remplacé par un segment de droite correspondant à une portion de tangente à cet arc, en général en son point milieu. La fabrication du dispositif s'en trouve simplifiée. Ce choix est notamment intéressant quand la pièce est de dimensions réduites, pour simplifier la fabrication de son moule/ faciliter son moulage. Généralement, les différents arcs de conique 9a, 9b... ne présentent pas d'intersection entre eux à des positions judicieuses, c'est-à-dire successivement entre la source S et le bord 2 de la pièce. Dans ces conditions, les arcs d'ellipse successifs sont reliés entre eux par des segments 12a, 12b... optiquement neutres constituant des marches ou des gradins. Ces segments 12a, 12b sont situés par exemple dans des plans sensiblement orthogonaux à l'axe optique X-X et n'interviennent pas sur les rayons lumineux. Le profil 9, déterminé dans le plan 8 du secteur 7, constitue la méridienne d'une surface élémentaire de révolution autour de l'axe X-X dont l'étendue angulaire correspond à celle du secteur 7. Bien qu'il soit préférable d'établir le profil 9 dans le plan 8 bissecteur, on peut envisager d'établir ce profil dans un plan du secteur 7, passant par l'axe optique, autre que le plan bissecteur. Les ellipses des arcs successifs 9a, 9b ont un second foyer situé vers l'avant et qui s'écarte de plus en plus radialement de l'axe optique. Les seconds foyers des différents arcs se trouvent de préférence sur une droite orthogonale à l'axe optique. La distance entre les seconds foyers et la face avant de l'élément optique (parallèlement à l'axe optique) est relativement importante et au moins égale à dix fois la dimension maximale de la face avant de l'élément dioptrique (ou de sa hauteur), de sorte que les rayons réfléchis sortants sont sensiblement parallèles à l'axe optique. Chaque secteur 7 est relié au secteur adjacent par des portions de plan passant par l'axe optique X-X. s Du fait que les secteurs 7 ont une faible étendue angulaire, de quelques degrés, notamment 5 , les zones de perte de lumière entre les surfaces de révolution et le contour extérieur quelconque de l'élément dioptrique 1 sont extrêmement réduites et ne nuisent pas à l'homogénéité de l'aspect allumé du dispositif de signalisation, en vue de face notamment. io En se reportant à Figs.6 et 7, on peut voir un exemple de réalisation. II s'agit d'un élément dioptrique 101, ou pièce optique en matière plastique transparente notamment en PMMA (polyméthacrylate de méthyle) à contour extérieur carré 102 en vue de face (Fig.6) prévu pour réaliser un éclairement homogène malgré cette forme carrée. La face arrière 105 apparaît sur Fig.7. La face avant 104 comporte des facettes e réparties suivant des couronnes concentriques centrées sur l'axe optique X-X et prévues pour réaliser, en combinaison avec la face arrière 105, un faisceau de signalisation large type feu diurne (DRL) ou indicateur de direction. Sur une ouverture de 45 , c'est-à-dire entre une diagonale du carré et le milieu du côté adjacent, la face arrière 105 est décomposée en neuf secteurs d'étendue angulaire de 5 . Plus généralement, N secteurs d'étendue angulaire de Y sont prévus sur une ouverture N fois Y d'environ 45 de la face arrière. Le profil de chaque secteur est constitué de douze arcs d'ellipse reliés entre eux par des segments neutres optiquement. Avantageusement, les facettes e de la face avant 104 sont définies par des tores découpés par cylindre et par secteur, en particulier pour permettre de satisfaire la fonction DRL (Daytime Running Light). Trois pattes de fixation h, orthogonales au plan du contour extérieur 102 sont prévues et s'étendent vers l'arrière par rapport à ce contour. Deux pattes h sont prévues aux extrémités d'un côté du carré, la troisième patte h étant prévue au milieu du côté opposé. Les pattes h, à leur extrémité éloignée du contour 102, sont munies d'oreilles à angle droit en saillie vers l'extérieur avec trou de fixation. En variante, au lieu des pattes h, on peut prévoir un moyen de fixation de l'élément dioptrique constitué par un dispositif de pincement (clipsage) du contour de l'élément, ou par un surmoulage de bague de fixation, ou tout autre moyen mécanique approprié.. L'invention permet une optimisation de la récupération du flux lumineux. L'éventail des éléments dioptriques ou pièces optiques avec effet de style est élargi. L'élément dioptrique 101 reste de dimensions réduites. L'exemple 5 de réalisation des Figs.6 et 7 correspond à un carré de 26 mm de côté en vue de face. Fig.8 est une coupe schématique partielle verticale illustrant le phénomène d'ombre portée qui peut survenir au niveau des marches successives 12a, 12b entre les arcs d'ellipse. Il apparaît que la marche 12a io crée une zone d'ombre Nb sur la partie de l'arc 9b immédiatement voisine de la marche 12a. Les rayons provenant de la source S ne peuvent atteindre directement cette zone Nb. De même la marche 12b crée une zone d'ombre Nc sur l'arc 9c. Selon Fig.8, le profil 9 est réalisé avec un petit nombre d'arcs d'ellipse, chaque arc ayant des dimensions relativement grandes de sorte que les marches 12a, 12b sont importantes. Pour réduire cet effet d'ombre portée comme illustré sur Fig.9, il est avantageux de multiplier les arcs d'ellipse et de réduire leurs dimensions de sorte que les dimensions des marches 12a, 12b sont réduites, de même que les ombres portées. L'homogénéité de l'aspect allumé de l'élément dioptrique sera d'autant meilleur que le nombre d'arcs d'ellipse constituant le profil 9 sera élevé. REVENDICATIONS 1. Dispositif de signalisation et/ou d'éclairage pour véhicule automobile comportant un élément dioptrique (1, 101) en matière transparente d'indice de réfraction supérieur à celui de l'air, présentant un contour extérieur (2,102) et un logement central (3, 103) pour recevoir une source lumineuse (S) et pour éclairer suivant un axe optique, cet élément ayant une face avant (4, 104) et une face arrière (5, 105) globalement inclinées de l'arrière vers l'avant suivant le sens de propagation de la lumière, la face arrière (5, 105) io étant prévue pour assurer une réflexion vers l'avant de la lumière provenant de la source, caractérisé en ce que la face arrière (5, 105) de l'élément dioptrique est divisée en secteurs angulaires (7), en ce que chaque secteur (7) est limité vers l'arrière par une surface élémentaire de révolution, notamment autour de l'axe optique, et en ce que la méridienne de cette surface est constituée par un profil (9) composé d'au moins une portion de courbe ou de droite sur laquelle des rayons issus de la source sont réfléchis vers l'avant du dispositif, ledit profil (9) comportant deux points de passage imposés, à savoir un point (10) sur le bord du logement central (3,103) destiné à recevoir la source lumineuse et un autre (11) sur le contour extérieur (2, 102) de l'élément dioptrique, ledit profil (9) étant déterminé pour vérifier, sur toute sa longueur optiquement utile, la propriété de réflexion totale des rayons lumineux issus de la source qu'il reçoit. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secteurs 25 angulaires (7) sont centrés sur, ou au voisinage de, l'axe optique (X-X). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le profil (9) est composé d'au moins une, notamment une pluralité de, portion(s) de courbe constituée(s) par un arc de conique (9a) dont un foyer est centré sur la source (S), l'autre foyer étant situé vers l'avant. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le profil (9), pour un secteur (7), est défini dans un plan (8) passant par l'axe optique et divisant ce secteur (7) en deux parties, égales ou non égales.. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le profil (9) est constitué de plusieurs portions de courbe (9a, 9b, 9c,.. .) ou de i0 droite reliés entre eux par des segments optiquement neutres (12a, 12b, 12c,...). 6. Dispositif selon l'ensemble des revendications 3 et 5, caractérisé en ce 5 que le profil (9) est constitué de plusieurs portions de courbe constituées par des arcs d'ellipse (9a, 9b, 9c,...). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ellipses des arcs successifs (9a, 9b, 9c,...) ont un second foyer situé vers l'avant et qui io s'éloigne de plus en plus radialement de l'axe optique (X-X). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étendue angulaire d'un secteur (7) est inférieure ou égale à 15 , de préférence inférieure ou égale à 10 . 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étendue angulaire d'un secteur (7) est d'environ 5 . 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 20 que chaque secteur (7) est relié au secteur adjacent par une portion de plan qui passe par ou au voisinage de l'axe optique. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contour extérieur (102) de l'élément dioptrique est un polygone. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue un feu diurne ou un indicateur de direction à faisceau de signalisation large et en ce que le contour extérieur de l'élément dioptrique est carré. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face arrière (105) est décomposée en N secteurs de Y sur une ouverture de N x Y égale à environ 45 . 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil de chaque secteur est constitué d'au moins douze arcs d'ellipse (9a, 9b,...) reliés entre eux par des segments optiquement neutres (12a, 12b,...). 15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse (S) est une diode électroluminescente. 16. Véhicule automobile équipé d'au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes. Il