Brevet FR2875578A1 — publié le 20060324

FEU DE SIGNALISATION, EN PARTICULIER POUR VEHICULE AUTOMOBILE. L'invention est relative à un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation pour véhicule, plus particulièrement un feu de signalisation pour véhicule automobile, du genre de ceux qui comportent: un miroir concave de révolution autour de l'axe optique admettant un foyer sur cet axe; une source lumineuse disposée au foyer ou au voisinage; et une optique située en avant de la source lumineuse. Un feu de signalisation de ce genre est connu notamment d'après ro FR-A2745365. Un tel feu de signalisation peut servir d'indicateur de changement de direction, de feu de recul ou de tout autre feu utilisé sur un véhicule automobile. L'invention a pour but, surtout, de fournir un feu de signalisation de faibles dimensions ayant un rendement lumineux maximum de telle sorte que l'on puisse obtenir un niveau élevé de performances dans un espace réduit, avec une source lumineuse de faible puissance, compte tenu des exigences thermiques et de durée de vie. En particulier, on souhaite réaliser un indicateur de direction de catégorie 500 Cd (candelas) ayant les plus petites dimensions possibles avec une source lumineuse constituée par une lampe HiPer 16 W (watts). Il est souhaitable en outre que la solution proposée permette de capter un flux lumineux important quelle que soit l'orientation, axiale ou transversale, du filament de la source lumineuse. L'invention a pour objet un feu de signalisation, en particulier pour véhicule automobile, comportant: un miroir concave autour de l'axe optique et un foyer sur cet axe; une source lumineuse disposée au foyer ou au voisinage; et une optique située en avant de la source lumineuse, tel que l'optique est prévue pour redresser les rayons lumineux provenant du miroir, et tel que le miroir comprend un réflecteur convergeant et enveloppant par rapport à la source lumineuse. Selon l'invention, on utilise le terme de feu par soucis de concision, pour désigner tout dispositif d'éclairage et/ou de signalisation pour véhicule. Selon l'invention, on comprend par miroir convergeant un miroir tel que, si l'on considère la droite passant par l'axe optique et le foyer, les rayons réfléchis par ledit miroir convergent vers un point de cette droite. Selon l'invention, on comprend par redresser les rayons lumineux le fait de replacer les rayons dans une direction proche de l'axe optique, ou encore le fait d'atténuer leur convergence, de façon à ce que, en moyenne, ceux ci soient déviés en se rapprochant d'une orientation parallèle à l'axe optique. Avantageusement, le miroir présente une surface interne de révolution ayant une méridienne convergente. La méridienne de la surface interne du miroir est un arc de courbe ou un arc de conique, la conique ayant un foyer confondu avec celui du réflecteur. io De préférence, le miroir comprend un réflecteur avec une surface interne de révolution ayant une méridienne formée par un arc de conique dont l'axe géométrique est incliné d'un angle, par rapport à l'axe de révolution, dans un sens qui rend le réflecteur enveloppant par rapport à la source lumineuse, la conique ayant un foyer confondu avec celui du réflecteur. De préférence, l'arc de conique est un arc de parabole. L'inclinaison de la méridienne sur l'axe optique permet de rapprocher la surface réfléchissante de l'axe optique et donc de la rendre plus enveloppante pour capter beaucoup plus de flux lumineux qu'avec un réflecteur classique de révolution. Le miroir comporte généralement une ouverture dans son fond, notamment pour le passage de l'alimentation électrique de la source lumineuse; avantageusement, le réflecteur est prolongé dans la zone du fond par un deuxième réflecteur formé par une couronne de révolution autour de l'axe optique. De préférence, cette couronne a pour méridienne un arc de parabole dont l'axe géométrique est confondu avec l'axe optique. De préférence, le foyer de la couronne parabolique est confondu avec le foyer du premier réflecteur. La ligne d'intersection entre le premier et le deuxième réflecteur est un cercle dont le plan est orthogonal à l'axe optique, ce cercle constituant la base d'un cône de révolution ayant son sommet sur l'axe optique, avec un demi angle au sommet égal à l'angle d'inclinaison de l'axe géométrique de la méridienne du premier réflecteur, ce cône passant autour du ballon de la source lumineuse, sans interférer avec. L'angle d'inclinaison de l'axe géométrique de la méridienne du premier réflecteur par rapport à l'axe optique est de préférence compris entre et 30 , notamment entrel5 et 25 , en particulier égal à ou d'environ 20 . L'optique située en avant de la source est prévue pour redresser les rayons lumineux provenant du miroir et former ainsi un faisceau conforme aux exigences réglementaires. L'optique est avantageusement formée par un disque en matière transparente orthogonal à l'axe optique et centré sur cet axe; une face du disque, de préférence la face avant, comporte des prismes ou pavés pour redresser les rayons lumineux. Les prismes peuvent être répartis suivant des couronnes circulaires concentriques, divisées en plusieurs secteurs angulaires, notamment symétriques deux à deux soit par rapport à un plan axial vertical, soit par rapport à un plan axial horizontal. lo Les prismes sont avantageusement prévus pour redresser de plus en plus les rayons lumineux quand on s'écarte de l'axe optique. Les faces des prismes ou pavés peuvent être bombées, notamment suivant deux directions orthogonales pour assurer une déviation verticale et horizontale. 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 verticale axiale, schématique, d'un feu de signalisation selon l'invention. Fig. 2 est une vue de face schématique, à plus grande échelle, de l'optique du feu de Fig. 1. Fig. 3 illustre les courbes isolux, sur un écran de projection, produites 25 par le miroir seul, l'optique étant retirée. Fig. 4 illustre les courbes isolux du feu de signalisation correspondant au seul secteur Dl de l'optique. Fig. 5 illustre les courbes isolux correspondant au seul secteur D5 de l'optique. Fig. 6 illustre les courbes isolux résultant de l'addition des secteurs D1 et D5. Fig. 7 illustre les courbes isolux correspondant au secteur D3 de l'optique. Fig. 8 illustre les courbes isolux correspondant au secteur D7. Fig. 9 illustre les courbes isolux correspondant à l'addition des secteurs D3 et D7. Fig. 10 illustre les courbes isolux correspondant au secteur D2 de l'écran optique. Fig. 11 illustre les courbes isolux correspondant au secteur D4 de l'optique. Fig. 12 illustre les courbes isolux résultant de l'addition des secteurs s D2 et D4. Fig. 13 et 14 illustrent les courbes isolux respectivement des secteurs D6 et D8 de l'optique. Fig. 15 illustre les courbes isolux résultant de l'addition des secteurs D2, D4, D6 et D8, et io Fig. 16 illustre les courbes isolux du feu de signalisation selon l'invention, muni de son optique. En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir un feu de signalisation 1, pour véhicule automobile, qui comporte un miroir M concave de type paraboloïde. Le miroir M est de révolution autour de l'axe optique Y-Y du feu, et admet un foyer F situé sur cet axe optique. Une source lumineuse S est disposée au foyer F ou à son voisinage. La source lumineuse S est avantageusement constituée par une lampe HiPer 16W ayant un petit ballon 4 ou bulbe en matière transparente, notamment en verre, sensiblement sphérique, d'un diamètre maximum de 18 mm environ. Une telle lampe présente un filament axial qui passe par le foyer F ou à son voisinage. Toutefois, on pourrait utiliser une lampe avec filament transversal, par exemple une lampe H21 blanche, auquel cas il faudrait prévoir un écran coloré. Lorsque l'on utilise une lampe colorée l'optique 5 peut être en matière transparente. La source lumineuse peut aussi être constituée par une ou plusieurs diodes électroluminescentes ou LEDs qui éclairent latéralement. Une optique 5 est située en avant de la source lumineuse, suivant le sens de propagation des rayons lumineux. Le miroir M comprend un premier réflecteur R1 ayant une surface interne réfléchissante de révolution autour de l'axe optique Y-Y. Selon l'invention, la méridienne de la surface réfléchissante de RI est formée par un arc de parabole 6a dont l'axe géométrique Xa est incliné d'un angle Ba par rapport à l'axe optique Y-Y (axe de révolution) dans un sens qui rend le réflecteur RI enveloppant par rapport à la source lumineuse S. L'intersection de la surface réfléchissante du réflecteur RI par le plan vertical axial comporte un autre arc de parabole 6b symétrique du premier rapport à l'axe Y-Y. L'axe géométrique Xb de l'arc 6b est incliné d'un angle Bb = Ba sur l'axe optique Y-Y dans un sens opposé à celui de l'arc 6a. Il est à noter que les deux arcs 6a, 6b n'appartiennent pas à la même parabole. De préférence, l'angle Ba est compris entre 15 et 25 , et est notamment égal à 20 . L'inclinaison des arcs de parabole 6a, 6b suivant les angles Ba, Bb permet de capter autant de flux lumineux qu'un paraboloïde de révolution classique 7 représenté en tirets et dont le diamètre d'ouverture serait supérieur à celui du réflecteur R1. En effet, sur Fig. 1, le rayon lumineux extrême i5 récupéré par le réflecteur R1, ne pourrait l'être par le système parabolique io classique 7 que pour un diamètre plus important correspondant à l'intersection q du prolongement de i5 avec la parabole 7. Selon une autre formulation, l'inclinaison des arcs 6a, 6b permet de capter beaucoup plus de flux lumineux qu'avec un paraboloïde de révolution classique qui aurait le même diamètre maximal. Le foyer géométrique des arcs de parabole tels que 6a, 6b est confondu avec le foyer F du feu de signalisation. Un rayon lumineux i1 issu du foyer F et se dirigeant vers l'arc 6a est réfléchi selon le rayon k1 parallèle à l'axe géométrique Xa de l'arc 6a. Un rayon lumineux i2 issu de F et tombant sur l'arc 6b est réfléchi 20 suivant le rayon k2 parallèle à l'axe géométrique Xb de l'arc 6b. Il en est sensiblement de même pour les points de la source lumineuse situés au voisinage du foyer F. Le faisceau lumineux issu du réflecteur R1 sera donc essentiellement conique avec son sommet situé sur l'axe optique Y-Y. Le miroir M présente, dans son fond, une ouverture 8 pour le passage du culot de la source S et de son support. Dans cette zone de fond, le miroir M comporte un deuxième réflecteur R2 formé par une couronne parabolique de révolution autour de l'axe optique Y-Y. Cette couronne admet pour méridienne un arc de parabole 9 dont l'axe géométrique est confondu avec l'axe optique Y-Y et dont le foyer est confondu avec F. Les deux arcs 9 de la couronne parabolique R2 situés dans le plan vertical d'intersection de Fig. 1 appartiennent à la même parabole, ce qui n'était pas le cas pour les arcs 6a, 6b. Deux rayons lumineux i3, i4 issus du foyer F et tombant sur les 35 extrémités d'un arc 9 sont réfléchis suivant les rayons k3, k4 parallèles à l'axe optique Y-Y. La ligne de raccordement 10 entre le premier réflecteur R1 et le deuxième réflecteur R2 est un cercle dont le plan est orthogonal à l'axe optique YY. Le diamètre de ce cercle 10 est choisi de telle sorte que les rayons lumineux i2 issus du foyer F et réfléchis par la zone des méridiennes 6a, 6b voisine de la ligne d'intersection 10 ne sont pas interceptés par le ballon 4. On évite ainsi une perte de flux lumineux. Le cercle 10 constitue la base d'un cône de révolution ayant son sommet C sur l'axe optique, avec un demi angle a au sommet égal à l'angle d'inclinaison Bb=Ba de l'axe géométrique de la méridienne 6a du premier réflecteur; ce cône passe autour du ballon 4 de la lampe 2 sans interférer avec. La surface du cône est extérieure ou tangente au io ballon 4. Le plus petit diamètre de la couronne parabolique 9, correspondant au bord de l'ouverture 8, est choisi de telle sorte qu'un rayon tel que k4 réfléchi par le bord radialement intérieur de la couronne 9 reste écarté du ballon 4 pour ne pas être intercepté. La couronne parabolique de révolution 9 permet d'obtenir un faisceau parallèle qui ne converge pas dans la lampe 2, ce qui évite une perte de flux lumineux. Le faisceau obtenu à l'aide des réflecteurs R1 et R2 et de la source S produit un réseau de courbes isolux, tel que celui illustré sur Fig. 3, sur un écran de projection situé à distance déterminée du feu et orthogonal à l'axe optique Y-Y. Les graduations de l'écran correspondent à l'angle formé entre l'axe optique, qui coupe l'écran au centre, et une droite passant par le foyer et coupant l'écran au niveau de la graduation considérée. Ces graduations s'étendent de -30 à +30 aussi bien suivant la direction transversale horizontale que suivant la direction verticale. Les isolux obtenus avec la source S et le miroir M sont formés sensiblement par des cercles centrés sur l'axe optique Y-Y. L'éclairement le plus fort est obtenu au voisinage de cet axe. Une telle répartition du flux lumineux ne satisfait pas aux exigences 30 réglementaires selon lesquelles les isolux doivent former sensiblement une croix étalée horizontalement comme illustré sur Fig. 16. L'optique 5 disposée en avant de la source S est prévue pour redresser les rayons lumineux et pour former un faisceau conforme à la législation selon Fig. 16. L'optique 5 est formée par un disque 11 (voir Fig. 2) en matière transparente, notamment en matière plastique ou en verre, orthogonal à l'axe optique et centré sur cet axe. La face avant du disque 11 comporte des prismes 12 ou, plus généralement, des pavés ou blocs pour redresser les rayons lumineux afin d'obtenir le réseau de Fig. 16. Chaque prisme 12 est orienté pour donner la photométrie souhaitée. A titre d'exemple non limitatif, la face avant du disque 11 est divisée en onze couronnes concentriques E1-E11 de même largeur radiale. La largeur des couronnes dépendra du style souhaité pour le feu de signalisation. Le pas peut être d'environ 2,5 mm. La surépaisseur créée par les prismes ou pavés 12 peut être de l'ordre de 1 mm. io Le disque 11 est en outre divisé en huit secteurs angulaires Dl, D2, .. . D8 de 45 chacun. Chaque secteur est divisé radialement en quatre zones élémentaires de même étendue angulaire, ce qui n'a été représenté que pour le secteur D4, pour raison de clarté du dessin, mais tous les autres secteurs sont divisés comme D4. Un prisme 12 correspond à l'intersection d'une zone élémentaire et d'une couronne. Le secteur D5 est symétrique du secteur Dl par rapport au plan vertical passant par l'axe optique. Les secteurs D3 et D7 sont symétriques l'un de l'autre par rapport au plan horizontal passant par l'axe optique. Le secteur D2 est compris entre les secteurs Dl et D3 tandis que le secteur D6 est compris entre les secteurs D5 et D7. Les secteurs D4 et D8 sont compris respectivement entre les secteurs D3, D5 et Dl, D7. Les prismes 12 peuvent être des prismes droits dont la base (hypoténuse de la section en triangle rectangle) est tournée vers l'extérieur en étant inclinée sur l'axe optique. L'inclinaison de la base est variable, en fonction de la distance à l'axe optique, pour moduler le redressement des rayons réfléchis selon les exigences. Dans une zone annulaire correspondant à la couronne 9 et au 30 faisceau de rayons parallèles k3, k4 les pavés sont prévus pour tenir compte de ce faisceau parallèle. Les faces des prismes ou pavés 12 peuvent être bombées notamment suivant deux directions orthogonales pour assurer une déviation verticale et horizontale. II est possible de prévoir une glace striée en avant de l'optique 5. Dans ce cas, on tient compte de cette glace striée pour la réalisation de l'optique 5. Le secteur D1 de l'optique 5, combiné avec la source S et le miroir M, donne le réseau de courbes isolux illustré sur Fig. 4. La zone d'éclairement maximal, correspondant à la courbe intérieure du réseau, est située suivant la direction horizontale sensiblement entre -5 et - 12 et suivant la direction verticale entre -3 et +3 . Le secteur D5 donne une configuration, illustrée sur Fig. 5, sensiblement symétrique du réseau de Dl par rapport au plan vertical passant par l'axe optique, avec une zone d'éclairement maximal comprise horizontalement sensiblement entre +5 et +12 et verticalement entre -3 et io +3 . L'addition des secteurs D1 et D5 donne le réseau d'isolux illustré sur Fig. 6 qui s'étend essentiellement horizontalement. Le secteur D3 donne le réseau d'isolux illustré sur Fig. 7 avec une zone d'éclairement maximal (courbe intérieure) comprise horizontalement 15 sensiblement entre -6 et +6 et verticalement entre -12 et +5 . Le secteur D7 donne le réseau d'isolux illustré sur Fig. 8 qui est sensiblement symétrique du réseau du secteur D3 par rapport au plan horizontal passant par l'axe optique. L'addition des réseaux des secteurs D3 et D7, illustrée sur Fig. 9, donne un éclairement orienté principalement suivant la direction verticale. Le secteur D2 donne un réseau d'isolux illustré sur Fig. 10. Le réseau présente une direction moyenne inclinée de 45 de haut en bas, de la droite vers la gauche, et la zone d'éclairement maximum est comprise, suivant la direction horizontale, sensiblement entre -8 et +4 et, suivant la direction verticale entre -8 et +4 . Le secteur D4 donne un réseau d'isolux illustré sur Fig. 11 pratiquement symétrique du réseau du secteur D2 (Fig. 10) par rapport au plan vertical passant par l'axe optique. La réunion des courbes isolux produites par les secteurs D2 (Fig.10) et D4 (Fig.11) est illustrée sur Fig. 12. La zone d'éclairement maximum est comprise horizontalement sensiblement entre -5 et +5 et verticalement sensiblement entre -7 et +3 . Les courbes isolux entourent cette zone principale avec deux branches s'étendant vers le bas de part et d'autre du plan vertical sensiblement suivant une inclinaison à 45 . Le réseau des courbes isolux provenant du secteur D6 est illustré sur Fig. 13 et présente une direction moyenne inclinée sensiblement à 45 de bas en haut et de gauche à droite. Le réseau de courbes isolux du secteur D8 est sensiblement symétrique de celui du secteur D6 par rapport au plan vertical passant par l'axe optique comme illustré sur Fig. 14. Le réseau de courbes isolux résultant de la réunion des secteurs D2 5 (Fig.11), D4 (Fig.12), D6 (Fig.13) et D8 (Fig.14) est illustré sur Fig. 15 et présente une ligne moyenne sensiblement en forme de X centrée sur l'axe optique, l'éclairement maximal étant situé dans la zone centrale. Fig. 16 illustre le réseau de courbes isolux obtenu avec le feu de signalisation selon l'invention équipé de l'optique 5. Les courbes isolux sont io étalées horizontalement et resserrées verticalement, de manière à satisfaire aux exigences réglementaires. L'invention s'applique à un feu de signalisation en général, y compris un feu route. Avec un réflecteur RI de diamètre maximal 63 mm, on récupère un 15 flux lumineux équivalent à celui d'un projecteur classique parabolique ayant un diamètre maximal de 93 mm. Si on prolonge le réflecteur RI, l'optique 5 au lieu d'être située dans un plan peut être concave vers l'avant pour éviter deux incidents sur un même pavé ou bloc optique. Dans un feu conforme à l'invention, si l'optique 5 n'occupe pas exactement la position prévue, il n'en résulte pas un inconvénient majeur: seuls la photométrie et le réseau de courbes isolux sont légèrement tournés. Un détrompage est prévu pour le positionnement de l'optique 5, même si un défaut de montage de cette optique n'est pas très sensible. Ce ne serait pas le cas pour le montage d'une lentille à l'avant d'un réflecteur de type ellipsoïde, très sensible à un défaut de montage de la lentille convergente située en avant du réflecteur. La description a été faite dans le cas où l'arc de conique constituant la méridienne 6a, 6b du réflecteur RI est un arc de parabole. On pourrait toutefois prévoir un autre type de conique, par exemple un arc d'ellipse dont un foyer serait situé au point F et l'autre foyer serait situé en avant du feu. i0 REVENDICATIONS 1. Feu de signalisation, en particulier pour véhicule automobile, comportant: un miroir concave (M) autour de l'axe optique (Y-Y) et un foyer (F) sur cet axe; une source lumineuse (S) disposée au foyer ou au voisinage; et une optique s (5) située en avant de la source lumineuse, caractérisé en ce que l'optique (5) est prévue pour redresser les rayons lumineux provenant du miroir (M), et en ce que le miroir (M) comprend un réflecteur (RI) convergeant et enveloppant par rapport à la source lumineuse. io 2. Feu de signalisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le miroir (M) présente une surface interne de révolution ayant une méridienne (6a) convergente. 3. Feu de signalisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la méridienne (6a) de la surface interne du miroir (M) est un arc de courbe ou un arc de conique, la conique ayant un foyer confondu avec celui (F) du réflecteur. 4. Feu de signalisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que 20 la méridienne (6a) est formée par un arc de conique dont l'axe géométrique (Xa) est incliné d'un angle (Ba) par rapport à l'axe de révolution (Y-Y) 5. Feu de signalisation selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'arc de conique est un arc de parabole (6a). 6. Feu de signalisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le miroir (M) comporte une ouverture (8) dans son fond et le réflecteur (R1) est prolongé, dans la zone du fond, par un deuxième réflecteur (R2) formé par une couronne de révolution autour de l'axe optique. 7. Feu de signalisation selon la revendication précédente caractérisé en ce que la couronne a pour méridienne un arc de parabole (9) dont l'axe géométrique est confondu avec l'axe optique (Y-Y). 8. Feu de signalisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le foyer de la couronne parabolique (9) est confondu avec le foyer du premier réflecteur (R1). 1l 9. Feu de signalisation selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la ligne d'intersection entre le premier (R1) et le deuxième réflecteur (R2) est un cercle (10) dont le plan est orthogonal à l'axe optique (Y-Y), ce cercle constituant la base d'un cône de révolution ayant son sommet (C) sur l'axe optique, avec un demi angle au sommet (a) égal à l'angle d'inclinaison (Ba) de l'axe géométrique (Xa) de la méridienne du premier réflecteur, ce cône passant autour du ballon (4) de la source lumineuse, sans interférer avec. io 10. Feu de signalisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (Ba) de l'axe géométrique (Xa) de la méridienne du premier réflecteur par rapport à l'axe optique (Y-Y) est compris entre 10 et 30 , notamment entre 15 et 25 , en particulier égal à 20 . 11. Feu de signalisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'optique (5) est formée par un disque (11) en matière transparente orthogonal à l'axe optique et centré sur cet axe, une face du disque comportant des prismes (12) ou pavés pour redresser les rayons lumineux. 12. Feu de signalisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les prismes (12) ou pavés sont répartis suivant des couronnes circulaires concentriques (El, ...E11), divisées en plusieurs secteurs angulaires (D1,...D8). 13. Feu de signalisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les secteurs angulaires (D1,...D8) sont symétriques deux à deux soit par rapport à un plan axial vertical, soit par rapport à un plan axial horizontal. 14. Feu de signalisation selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les prismes (12) ou pavés sont prévus pour redresser de plus en plus les rayons lumineux quand on s'écarte de l'axe optique. 15. Feu de signalisation selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que les faces des prismes (12) ou pavés sont bombées, notamment suivant deux directions orthogonales pour assurer une déviation verticale et horizontale.