Brevet FR2883629A1 — publié le 20060929

Lentille pour module optique de dispositif d'éclairage pour véhicule automobile L'invention est relative à un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation pour véhicule automobile, et plus particulièrement à un projecteur. L'invention s'intéresse notamment aux modules optiques intégrés dans des projecteurs afin de produire des faisceaux lumineux conformes aux réglementations en vigueur. Elle s'intéresse plus particulièrement aux modules optiques dits de type elliptique. Ces modules comportent au moins une source lumineuse (lampe halogène ou lampe xénon par exemple) disposée au fond d'un réflecteur, et une lentille disposée devant le réflecteur. La lentille a généralement un pourtour rond et une face de sortie de forme convexe, le réflecteur étant de type elliptique. Ce type de module peut servir à faire différents types de faisceaux, dont notamment - des faisceaux sans coupure comme les faisceaux de route - des faisceaux avec coupure comme les faisceaux de code ou de croisement (la coupure est en V à 15 selon les réglementations européennes, ou d'inclinaison un peu différente selon les réglementations américaines), cette distribution de lumière ayant pour but d'éviter d'éblouir le conducteur d'un véhicule venant en direction opposée en conduite de nuit. - tout autre type de faisceaux à coupure, comme les faisceaux antibrouillard à coupure plate, ou des faisceaux dits code mais aptes à éclairer des points de portique ( overhead Iight en anglais) : il s'agit d'envoyer de lumière au-dessus de la coupure pour éclairer des points réglementaires avec une faible intensité lumineuse - des faisceaux destinés à une fonction de signalisation plus que d'éclairage comme des faisceaux de jour désignés également sous le nom anglais de Day Running Light ou DRL, ou une fonction de signalisation de position, de type lanterne Pour obtenir des faisceaux à coupure avec des modules optiques à lentille, du type modules elliptiques, on peut insérer dans le module des caches disposés avant la lentille suivant le trajet des rayons lumineux issus de la source lumineuse. Le cache de forme approprié peut être fixe: on a alors un module mono-fonction. II peut aussi être mobile, on a alors un module bi- ou multi-fonction, qui permet d'obtenir avec un seul module un faisceau de type code (avec le cache en position active et interceptant une partie des rayons lumineux) et un faisceau de type route (avec le cache mis en position inactive), ou, par exemple trois fonctions, comme un faisceau de type route (position inactive du cache), un faisceau de type code trafic à droite ( position 1 active du cache), et un faisceau de type code trafic à gauche (position 2 active du cache). De nombreux brevets décrivent ce type de module mono fonction ou multi fonction, comme les brevets EP 1 197 387 et EP 1 422 472. Pour obtenir des faisceaux à coupure mais éclairant les points de portique avec des modules optiques à lentille de ce genre, une première solution a été proposée dans le brevet EP 1 464 890: il s'agit ici d'utiliser un cache apte à faire la coupure ad hoc, et une lentille que l'on a munie d'aménagements périphériques qui sont capables de dévier vers le haut les rayons lumineux qui les atteignent, de façon à ce que suffisamment de lumière atteigne les points de portique en question. Ces points de portique se trouvent en effet normalement dans une zone de vision supérieure où la lumière venant du module optique est occultée par le cache. Ces aménagements sont par exemple sous forme de nervures placées sur la périphérie inférieure de la lentille. Cette solution est tout à fait efficace sur le plan optique, car ces nervures inférieures permettent effectivement de dévier un peu de lumière vers le haut, au dessus de la coupure, vers les points réglementaires, sans perturber significativement la photométrie et la distribution du faisceau à coupure principal. Cependant, ces aménagements peuvent être perçus comme un inconvénient du point de vue du style, car même localisés en périphérie de la lentille, ils restent visibles. L'invention a alors pour but de mettre au point un nouveau type de lentille qui permette d'obtenir un faisceau de photométrie particulière, notamment de type à coupure avec éclairement des points de portique avec des modules optiques à lentille de type elliptiques, lentille qui puisse remédier à cet inconvénient. Il s'agit notamment d'obtenir une lentille qui soit au moins aussi performante sur le plan optique mais d'une apparence une fois montée dans le module, qui se rapproche le plus possible de celle d'une lentille standard. L'invention a tout d'abord pour objet une lentille pour module optique destiné à être monté dans un dispositif d'éclairage pour véhicule automobile, et qui comporte deux matériaux distincts associés d'indices de réfraction différents. On utilise le terme de lentille dans tout l'ensemble du présent texte pour désigner tout élément dioptrique. L'invention exploite le fait que l'on peut modifier le trajet des rayons lumineux traversant la lentille en modifiant non pas la géométrie de la lentille mais en modifiant localement son indice de réfraction. On peut ainsi modifier la distribution du faisceau lumineux traversant la lentille, en ajustant la zone de la lentille présentant un indice différent (en ajustant notamment les dimensions, la forme, la configuration de ladite zone de façon appropriée) et en ajustant la quantité des rayons atteignant cette zone, rayons qui vont donc être déviés par leur passage dans la lentille de façon différente des rayons traversant le reste de la lentille. On voit alors l'intérêt de cette lentille modifiée: on peut choisir une lentille utilisée habituellement dans les modules optiques de projecteurs automobile, de façon à ce qu'elle remplisse son rôle prévu dans un module elliptique, notamment pour produire un faisceau de type à coupure en association avec un cache. Mais on intègre à la lentille un autre matériau qui se substitue au précédent localement et qui, de part un indice de réfraction plus grand, va dévier plus fortement les rayons. En localisant de préférence cet autre matériau en partie inférieure de la lentille une fois positionnée dans un module optique en conditions d'utilisation, on peut alors dévier une partie des rayons pour qu'ils puissent atteindre des zones en partie supérieure, au dessus de la coupure, notamment les zones dites de points de portique. Comme le but est un éclairement faible, il suffit de proportionner de façon appropriée la part du matériau d'indice supérieur dans la lentille pour que la part suffisante de lumière atteigne ces points de portique sans perturber significativement la photométrie du faisceau lumineux issu du reste de la lentille. Avantageusement, la lentille selon l'invention comprend un premier matériau majoritaire muni d'au moins un insert fait en un second matériau d'indice de réfraction différent de celui du premier matériau, notamment supérieur au premier. On garde ainsi comme matériau majoritaire de la lentille, de préférence, le matériau habituellement utilisé pour ce type d'applications, notamment du verre, ce qui permet de conserver les techniques de moulage connues. On comprend par le terme de matériau au sens de l'invention un matériau qui peut être mono ou multi composant, mais qui présente des propriétés homogènes sur le plan chimique et optique (par exemple un matériau à base de plusieurs polymères, et/ou à base de polymère et d'additifs organiques ou minéraux). Avantageusement, la différence d'indice de réfraction entre le premier et le second matériau Air de la lentille est d'au moins 3 ou 4%, notamment compris entre 5 et 15%. En chiffres absolus, cette différence d'indice est par exemple d'au moins 0,08, et est notamment compris entre 0,09 et 0, 13. Cette différence est en effet suffisante pour obtenir l'effet optique voulu tout en permettant de choisir des matériaux qui restent économiquement et industriellement envisageables. Avantageusement, le second matériau de la lentille est un insert ou une pluralité d'insert(s) se substituant localement dans la lentille au premier matériau. On entend par insert un matériau qui va constituer la lentille sur toute son épaisseur localement. De préférence, ce ou ces insert(s) est disposé sur une portion de la zone périphérique de la lentille. S'il y a plusieurs inserts, on choisit de préférence une répartition régulière de ceux-ci sur tout ou partie de la zone périphérique de la lentille. Ils peuvent ainsi s'étendre sur une zone circonférentielle d'ouverture angulaire d'au moins 15 , par exemple comprise entre 20 et 70 en considérant une lentille de pourtour circulaire. Un exemple consiste à choisir le premier matériau de la lentille à base de verre ou de polymère(s), le second matériau à base de polymère(s), notamment comportant du polysulfone. Le choix du second matériau dépend également du procédé de fabrication de la lentille: de préférence, on choisit de surmouler le second matériau sur le premier, mais il faut alors éviter que l'étape ultérieure de surmoulage ne vienne détériorer la qualité du formage du premier matériau. C'est la raison pour laquelle il est préférable que la température de formage du premier matériau soit d'au moins 50 C supérieure à la température de formage du second matériau. En ce qui concerne la géométrie de la lentille, le choix de modifier localement son indice permet d'obtenir les modifications de distribution de faisceau voulues, sans avoir à modifier particulièrement sa géométrie: on peut donc conserver la forme des lentilles connue, notamment à face d'entré plane et à face de sortie convexe. La face d'entrée de la lentille peut aussi être éventuellement localement concave dans la ou les zones munies d'un insert en un second matériau d'indice de réfraction supérieur à celui du premier matériau. La face de sortie, par exemple convexe, peut ainsi ne présenter aucune discontinuité significative de surface, à part une interface quasiment invisible à l'oeil nu entre les deux matériaux constitutifs de la lentille. II va de soi que la lentille peut posséder non pas deux mais trois matériaux au moins ayant des indices de réfraction différents. L'invention a également pour objet le module optique comprenant une telle lentille, avec notamment une configuration telle que le ou les inserts se trouvent en périphérie et en partie inférieure de la lentille dans les conditions d'utilisation du module. Le module est de préférence muni d'un cache disposé entre le réflecteur et la lentille afin de produire au moins un faisceau à coupure, du type code ou anti-brouillard, le ou les insert(s) de la lentille (I) permettant de dévier une partie des rayons lumineux émis par la source lumineuse en direction de zone(s) au dessus de la coupure, notamment en direction des points de portique. L'invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple non limitatif illustré par les figures suivantes: Fig.1 a,1 b: une section transversale et une vue de face de la lentille de l'exemple selon l'invention, en vue Fig.2: une coupe selon un plan vertical d'un module optique intégrant 15 la lentille selon la figure précédente Fig.3: une représentation simplifiée de la distribution du faisceau lumineux obtenu avec le module optique selon la figure précédente Toutes ces figures sont simplifiées par soucis de clarté et ne représentent notamment pas forcément l'échelle entre les différents composants représentés. La figure 1 représente la lentille L selon l'invention en section. La géométrie de la lentille est classique, avec une face d'entrée Fe plane et une face de sortie Fs convexe. Les termes entrée et sortie sont à comprendre selon la direction des rayons lumineux qui la traversent une fois montée dans un module optique de projecteur. La différence d'avec les lentilles standard est que cette lentille est constituée de deux matériaux: - le matériau M1, qui est ici du verre d'indice de réfraction d'environ 1,518 et de température de fusion d'environ 500 C - le matériau M2, qui est ici un polymère à base de polysulfone d'indice de réfraction environ 1,643 et de température de fusion d'environ 200 C. Le matériau M1 est le matériau majoritaire de la lentille L, le matériau M2 est sous forme d'un insert I, qui, dans la représentation de la lentille, se trouve sur son pourtour périphérique en partie basse. On a une ligne d'interface I qui sépare les deux matériaux, leur plan de jonction étant un plan substantiellement horizontal toujours selon la représentation de la lentille donnée en figure 1. On peut envisager un plan de jonction non horizontal, ou qui ne soit pas plan. L'association du verre et du polysulfone se fait par un moulage en deux étapes: d'abord le moulage du verre, puis le surmoulage du polysulfone en une seconde étape, les températures de fusion des matériaux étant très différents et permettant donc un tel procédé de fabrication. L"insert présente une hauteur hi d'environ 6 à 10 mm pour une hauteur totale ht qui est usuellement de 60, 66 ou 70 mm (hauteurs mesurées sur la face d'entrée Fe de la lentille L). La figure 2 montre l'intégration de la lentille L dans un module optique de type elliptique: on y voit le réflecteur de type elliptique R, la source lumineuse S disposée au fond du réflecteur (lampe halogène ou lampe xenon) ; le cache C interposé entre réflecteur R et source C, et la lentille L avec son insert I placé en partie inférieure comme représenté en figure 1. Très schématiquement, ont été représentés deux trajets t1 et t2 de rayons lumineux émis par la source S: - le trajet t1 est celui d'un rayon émis par S, réfléchi par R puis atteignant la lentille L dans la zone constituée du matériau M1, c'est-à-dire du verre. - le trajet t2 est celui d'un même type de rayon, mais qui atteint la lentille dans la zone de l'insert en polysulfone On voit que le rayon suivant le trajet t2 est nettement plus dévié vers le haut que le rayon suivant le trajet t1. On comprend que la différence d'indice 20 entre verre et polysulfone permet de jouer sur la déviation des rayons sans avoir à modifier la géométrie de la lentille dans son ensemble. La figure 3 montre de façon extrêmement simplifiée la distribution d'un faisceau lumineux obtenu avec le module optique de la figure 2. On y voit: - une première zone Z1 qui définit un faisceau à coupure de type code trafic à droite, fortement éclairée, qui est obtenu pour l'essentiel par les rayons traversant la lentille dans sa partie en verre selon un trajet de type t1, - et une seconde zone Z2 de niveau d'éclairement bien plus faible, au dessus de la coupure, et qui est obtenu pour l'essentiel par les rayons traversant la lentille au niveau de son insert I en polysulfone selon un trajet de type t2. C'est une distribution de type code à points de portique, conforme aux réglementations en vigueur, sans que l'aspect visuel de la lentille dans le module ne soit significativement altéré par rapport à une lentille standard tout en verre. Le mode de fabrication d'une telle lentille est à la portée de l'homme de l'art: on peut notamment effectuer le surmoulage de ou des inserts en injectant le matériau M2 à la température de formage appropriée au niveau du pied de lentille, élément non représenté à la figure 1 mais qui est une zone périphérique de la lentille non active optiquement et qui facilite la fixation de la lentille dans le module optique. Par exemple, le pied de lentille P représenté en figure 1 est en matériau M1, avec des points d'injection de matériau M2, avec une forme appropriée du matériau M1 après son étape de moulage préalable. Alternativement, on peut aussi prévoir que le pied de lentille est en un troisième matériau, de type polymère (par exemple du polyetherpolysulfone chargé), qui vient enserrer le matériau M2 lors de l'étape de surmoulage de l'insert sur le matériau M1 déjà formé. La lentille selon l'invention a donc permis de concilier les performances optiques et les contraintes de style. On peut bien sûr trouver à ce type de lentilles d'autres applications que l'obtention de code à points de portique: on peut adapter le nombre d'inserts, le choix des indices de réfraction et de la disposition de ces inserts dans la lentille pour moduler de la façon souhaitée l'amplitude de la déviation des rayons lumineux frappant telle ou telle partie de la lentille, par exemple pour éviter d'avoir recours à des miroirs auxiliaires de renvoi ou autre élément optique additionnel. Elle peut trouver différentes applications également en dehors du domaine automobile, dans tous les dispositifs utilisant des éléments dioptriques de type lentille. 8 REVENDICATIONS 1. Lentille pour module optique destiné à être monté dans un dispositif d'éclairage pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'elle comporte deux matériaux distincts associés (M1,M2) d'indices de réfraction (ir1, ir2) différents. 2. Lentille selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comprend un premier matériau (Ml) majoritaire muni d'au moins un insert fait en un second matériau (M2) d'indice de réfraction différent de celui du premier matériau, notamment supérieur au premier. 3. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la différence d'indice de réfraction entre le premier et le second matériau (M1,M2) 15 Air est d'au moins 3 ou 4%, notamment compris entre 5 et 15%. 4. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la différence d'indice de réfraction entre le premier et le second matériau (M1,M2) Air est d'au moins 0,08, notamment compris entre 0,09 et 0,13. 5. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second matériau (M2) est un insert (I) ou une pluralité d'insert(s) se substituant localement dans la lentille au premier matériau (Ml). 6. Lentille selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'insert (I) ou au moins un des inserts est disposé sur une portion de la zone périphérique de la lentille (L). 7. Lentille l'une des revendications 2, 5 ou 6 caractérisé en ce qu'elle est munie 30 de plusieurs inserts (I) répartis régulièrement sur tout ou partie de la zone périphérique de la lentille (L). 8. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier matériau (Ml) est à base de verre ou de polymère(s) , et en ce que le second matériau (M2) est à base de polymère(s), notamment comportant du polysulfone. 9. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de formage du premier matériau (M1) est d'au moins 50 C supérieure à la température de formage du second matériau (M2). 10. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle est obtenue par surmoulage du second matériau (M2) sur le premier matériau (Ml) déjà formé. 11. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa face d'entrée est plane, et éventuellement localement concave dans la ou les zones munies d'un insert (I) en un second matériau (M2) d'indice de réfraction supérieur à celui du premier matériau (Ml). 12. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 15 sa face de sortie est convexe, sans discontinuité significative de surface. 13. Module optique destiné à être monté dans un dispositif d'éclairage pour véhicule automobile comprenant au moins une source lumineuse (S) disposée dans un réflecteur (R), caractérisé en ce qu'il comporte une lentille (L) selon l'une des revendications précédentes. 14. Module optique selon la revendication 13, caractérisé en ce que la lentille (L) présente un ou plusieurs inserts faits d'un matériau (M2) d'indice de réfraction supérieur au reste de la lentille et disposés en partie inférieure et périphérique de 25 la lentille. 15. Module optique selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est muni d'un cache disposé entre le réflecteur et la lentille (L) afin de produire au moins un faisceau à coupure, du type code ou anti-brouillard. 16. Module optique selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le(s) insert(s) (I) permet(tent) de dévier une partie des rayons lumineux émis par la source (S) en direction de zone(s) au dessus de la coupure, notamment en direction des points de portique. 2883629 lo 17. Dispositif d'éclairage et/ou signalisation pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module optique selon l'un des revendications 13 à 16.