Brevet FR2898403A1 — publié le 20070914

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. 10 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 15 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 20 - 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 25 véhicule venant en direction opposée en conduite de nuit. - tout autre type de faisceaux à coupure, comme les faisceaux anti-brouillard 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 30 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 35 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 15 lumineuse. Le cache de forme appropriée peut être fixe : on a alors un module mono-fonction. Il peut aussi être mobile, on a alors un module bi- ou multifonction, 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. Quand le module optique comporte un cache, on a un phénomène connu en optique, qui est l'apparition d'aberrations chromatiques au voisinage de la coupure dans le faisceau obtenu. Une solution consiste à dédoubler le bord actif du cache, ce qui complique la conception mécanique de la pièce. Par ailleurs, les lentilles les plus usuellement utilisées pour ces modules sont en verre, matériau lourd et coûteux à mouler. Il a déjà été envisagé d'utiliser plutôt des lentilles en matériau polymère, comme cela a été décrit dans le brevet FR 2 799 153 ou le brevet EP 1 533 561. Mais ce n'est pas sans inconvénients, notamment pour des problèmes de résistance moindre que le verre à la chaleur, des problèmes d'aberrations chromatiques aggravés. L'invention a alors pour but de mettre au point un nouveau type de lentille qui puisse remédier à ces inconvénients. Elle a notamment pour but la mise au point d'une lentille de type plastique qui permette de limiter / supprimer les problèmes d'aberrations chromatique, et/ou qui soit plus simple, moins coûteuse à fabriquer. 25 Subsidiairement, l'invention cherche à pouvoir fabriquer de telles lentilles dans des conditions les plus satisfaisantes possibles à l'échelle industrielle. L'invention a tout d'abord pour objet une lentille à base de matériau(x) polymère(s) pour module optique destiné à être monté dans un dispositif d'éclairage pour véhicule automobile. Cette lentille comporte au moins deux 30 zones, lesdites zones ayant des focales différentes. On comprend par lentille tout élément dioptrique dans son sens connu en optique. II s'est en effet avéré qu'utiliser une lentille à base de polymère présente à la fois des avantages et des inconvénients. Les avantages principaux sont, d'une part, que la lentille se trouve allégée par rapport à une version en verre (les 35 matériaux polymères sont plus légers que le verre, et en outre ils ont un indice de réfraction généralement plus fort que celui du verre, ce qui permet d'avoir des lentilles plus minces pour un rôle optique identique). Un allègement de la lentille est important pour un module elliptique : avec une lentille en verre, on doit prévoir une structure porteuse plus lourde, plus volumineuse/plus résistante mécaniquement que celle qui est nécessaire pour porter des lentilles en matériau plastique. Sont notamment impliqués le support de la lentille, et l'actionneur qui y est associé si la lentille est montée mobile dans le projecteur. D'autre part, une lentille en polymère est plus facile à mouler, moins coûteuse à fabriquer. Par contre, du fait de sa moindre résistance à la chaleur, elle nécessite de prendre certaines précautions, notamment de l'éloigner de la source lumineuse et/ou d'interposer entre source et lentille un écran thermique laissant passer le visible mais filtrant els infra rouges. Du fait qu'on tend à éloigner un peu plus la lentille de la source et de la nature même du matériau polymère, des problèmes aggravés d'aberrations chromatiques au niveau de la coupure apparaissent quand la lentille est intégrée dans un module elliptique à cache, par rapport à une lentille en verre standard. Les inventeurs ont donc remédié à cet obstacle en exploitant la répartition différente du faisceau lumineux émis par la source suivant la longueur d'onde. En effet, le cache obstrue une partie différente du faisceau suivant la longueur d'onde. Cela implique que la partie haute de la lentille, en position de montage dans le module optique, voit plutôt des rayons dans les longueurs d'onde appartenant au rouge, tandis que la partie basse de la lentille voit plutôt des rayons de longueur d'onde appartenant au bleu. Les aberrations chromatiques se trouvent donc localisées à différents endroits sur la lentille suivant la longueur d'onde considérée. Utiliser une lentille décomposée en plusieurs zones ayant chacune sa focale permet de corriger de façon spécifique les aberrations, avec par exemple - une zone en partie haute adaptée pour corriger les aberrations dans une longueur d'onde donnée, le rouge par exemple (c'est-à-dire avec une focale choisie de façon à ce que le rayon lumineux passant par le foyer et atteignant la face d'entrée de la lentille en un point dans cette zone en ressorte parallèle à l'axe optique du module, - une zone en partie basse adaptée pour corriger les aberrations dans une autre longueur d'onde donnée, le bleu par exemple, pour obtenir le même 35 résultat que plus haut. On garde donc une lentille en un même matériau polymère, mais à plusieurs focales. Avantageusement, et comme évoqué plus haut, les zones à focales différentes sont disposées les unes au dessus des autres quand la lentille est en position de montage dans le module optique (dans un plan sensiblement vertical le plus usuellement). Avantageusement encore, deux zones à focales différentes adjacentes sont délimitées l'une par rapport à l'autre par un plan, notamment par un plan sensiblement perpendiculaire au plan contenant quand la lentille est en position de montage dans le module optique. C'est la partition entre zones à la fois la plus simple à réaliser et la plus favorable sur le plan optique. De préférence, la lentille est biconvexe. Cette forme présente l'avantage de pouvoir réduire au maximum l'épaisseur de la lentille dans sa partie centrale. La lentille peut notamment être asphérique, ce qui permet de corriger des distorsions d'imagerie. Comme expliqué plus haut, les focales des zones de la lentille sont de préférence chacune adaptées pour corriger les aberrations chromatiques dans une longueur d'onde, ou une gamme de longueur d'onde, qui est spécifique à chaque zone et qui est dans le domaine visible. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la lentille comporte deux zones à focales différentes, une zone dont la focale est adaptée à la couleur rouge et une zone dont la focale est adaptée à la couleur bleue. Selon un second mode de réalisation, permettant une correction plus fine des aberrations chromatiques, la lentille comporte quatre zones à focales différentes, une zone dont la focale est adaptée à la couleur rouge, une zone dont la focale est adaptée à la couleur orange, une zone dont la focale est adaptée au bleu, et une zone dont la focale est adaptée au violet. Les couleurs énoncées plus haut sont à comprendre comme des indications correspondant sensiblement aux gammes de longueurs d'onde connues pour ces couleurs, mais ne sont pas à comprendre comme centrées rigoureusement sur le milieu de la gamme de longueurs d'onde correspondant à chacune des couleurs. De préférence, un des bords (ou une partie de celui-ci) de la lentille est plus mince que le bord opposé, notamment le bord supérieur par rapport au bord inférieur quand la lentille étant en position de montage dans le module optique. Selon une variante, une partie du bord de la lentille est tronquée, notamment une partie au moins du bord supérieur quand la lentille est en position de montage dans le module optique. Plusieurs avantages en découlent : D'une part, on réduit la taille, le poids, l'encombrement de la lentille, en coupant la lentille dans une zone choisie pour être la moins utile optiquement : la lentille ne s'en trouve donc pas significativement pénalisée sur le plan optique. D'autre part, cette partie tronquée est très avantageuse lors de la fabrication par moulage de la lentille. En effet, le moulage par injection d'une telle lentille est relativement délicat, car la lentille présente des variations d'épaisseur assez significatives. Cette zone tronquée peut servir de seuil d'injection large, facilitant ainsi la répartition correcte du matériau injecté dans tout le moule. La lentille peut être est à base de polycarbonate, de polysulfone ou autres polymères adaptés. L'invention a également le module optique, notamment de type elliptique, destiné à être monté dans un dispositif d'éclairage pour véhicule automobile comprenant au moins une source lumineuse disposée dans un réflecteur et un cache disposé entre ledit réflecteur et ladite lentille, et intégrant la lentille décrite plus haut. Avantageusement, les foyers des zones de la lentille sont localisés sur ou à proximité immédiate du bord optiquement actif du cache, de façon à permettre une correction des aberrations chromatiques correcte. On peut ainsi utiliser un cache à simple bord optiquement actif, au lieu d'avoir recours à un cache dédoublé. Le module comprend de préférence un écran thermique disposé entre la source lumineuse et le cache. Cet écran permet de filtrer une partie au moins des rayons dans l'infrarouge, afin de limiter l'échauffement de la lentille en polymère. Un exemple d'écran thermique approprié comporte un substrat en verre muni sur au moins une de ses faces d'un empilement de couches interférentielles agissant sur les rayonnements infrarouges proches et/ou lointains (par réflexion et/ou absorption). Il peut s'agir d'un empilement comprenant plusieurs couches métalliques du type argent disposées entre des couches de matériau diélectrique du type oxyde métallique, et/ou dérivés de silicium du type nitrure de silicium. L'invention a également pour objet tout projecteur de véhicule automobile comprenant au moins un module optique décrit plus haut. L'invention sera décrite ci-après à l'aide de deux exemples non limitatifs illustrés par les figures suivantes : Fig.1 : une section en coupe selon un plan vertical d'un module optique selon l'invention Fig.2a,2b : des schémas expliquant le phénomène des aberrations chromatiques selon l'art antérieur Fig.3a,3b : une coupe et une vue de face simplifiées d'une lentille selon un premier exemple de l'invention Fig.4 : une section plus détaillée de la lentille selon le premier exemple de l'invention Fig.5a,5b : une coupe et une vue de face d'une lentille selon un second exemple de l'invention Fig.6 est une coupe d'une lentille selon une variante du premier exemple Toutes ces figures sont simplifiées par soucis de clarté et ne 10 représentent notamment pas forcément l'échelle entre les différents composants représentés. La figure 1 montre une vue d'ensemble d'un module optique M de type elliptique intégrant une lentille L selon l'invention. On y voit le réflecteur de type elliptique R, la source lumineuse S disposée au fond du réflecteur (ici une lampe 15 xénon, mais une lampe halogène peut aussi être utilisée), un cache C interposé entre réflecteur R et source S, et la lentille L. L'axe optique Y du module est également représenté. Le bord optiquement actif BA du cache C a le profil approprié pour générer dans le faisceau émis par la source une coupure oblique à 15) de type code. La lentille Li a été ajoutée à la figure : elle représente la 20 lentille en verre standard des modules elliptiques connus. La Lentille L selon l'invention a été éloignée de la source S par rapport au positionnement usuel de la lentille Li en verre, pour diminuer son échauffement. Dans le même but, a été inséré entre cache et lentille un écran 25 thermique EC. Celui-ci est de préférence positionné au voisinage immédiat du cache, côté lentille. On peut prévoir de le solidariser au cache. Il est préférable d'éviter un contact direct entre les deux pièces, un écart de 0,5 à quelques millimètres étant approprié. La dimension de l'écran thermique est choisie de façon à intercepter tous les rayons passant au dessus du cache. Dans la variante 30 où le cache est mobile de façon à ce que le module puisse aussi émettre un faisceau de type route, l'écran et le cache ne sont pas solidarisés, et la taille de l'écran est agrandie afin d'intercepter tous les rayons émis par la source puis réfléchis par le réflecteur. L'écran thermique est constitué par une plaque de verre clair silico-sodo-calcique du type verre à vitre, qui est muni sur sa face 35 tournée vers la source S d'un empilement de couches minces interférentielles comprenant au moins deux couches d'argent de 2 à 20 nm chacune d'épaisseur intercalées par des couches de matériau diélectrique du type oxyde métallique comme l'oxyde d'étain, ou du type dérivé de silicium comme le nitrure ou l'oxynitrure de silicium. Entre couches en matériau diélectrique et couches d'argent, peuvent être prévues également des couches nettement plus minces, de type couches sacrificielles, couches d'ancrage. Très schématiquement, ont été représentés à la figure 1 les trajets r1 et r2 de deux rayons lumineux émis par la source S, qui, après réflexion sur le réflecteur R, passent au dessus du bord actif BA du cache C. On voit que la lentille L est de dimensions un peu supérieures à la lentille usuelle en verre, de manière à ce que tous les rayons passant au dessus du cache atteignent bien la lentille (du fait de l'éloignement de la lentille L). On intègre ainsi le même angle solide. Les figures 2a et 2b, qui sont des vues en coupe d'une lentille non modifiée selon l'invention, permettent de rappeler le phénomène des aberrations chromatiques : ces figures montrent le foyer F de la lentille, disposé au niveau du cache, et les foyers Fb et Fr, respectivement le foyer pour les longueurs d'onde dans le bleu disposé après le cache (dans la direction du faisceau) et le foyer pour les longueurs d'onde dans le rouge disposé avant le cache. F est le foyer globale de la lentille, situé dans le plan du cache C. La figure 2a représente le trajet d'un rayon rouge passant au dessus du bord actif du cache C et venant frapper soit la partie basse soit la partie haute de la lentille. La figure 2b représente un même trajet d'un rayon dans les bleus cette fois : on observe que, du fait du décalage entre foyers rouge et bleu, les trajets diffèrent, ce qui explique les problèmes de chromatisme dans le faisceau obtenu au voisinage de la coupure si aucune mesure n'est prise pour y remédier (comme l'utilisation d'un double cache). Et un double cache n'est pas suffisant dans le cas intéressant l'invention d'une lentille en matériau polymère plus éloignée du cache que de coutume avec une lentille en verre. Les figures 3a-3b représentent une lentille L selon un premier exemple de réalisation. La lentille des foyers Fb et Fr, avec la même signification que plus haut, qui sont confondus avec le foyer R et au niveau du cache C. La lentille est décomposée en deux zones, une zone haute z1 dont la focale est corrigée vis-à-vis des longueurs d'onde dans le rouge, et une zone basse z2 dont la focale est corrigée vis-à-vis des longueurs d'onde dans le bleu. Corriger signifie ici adapter la focale de façon à ce que les rayons de la longueur d'onde spécifiée sortent de la face de sortie de la lentille parallèlement à l'axe optique Y, et ne soient plus déviés : La figure 3b représente le trajet de deux rayons dans le rouge en direction de la partie haute, la zone zl trajet de deux rayons dans le bleu en direction de la zone z2. La figure 3a, qui est une vue de face de la face d'entrée de la lentille L, montre la délimitation des deux zones selon un plan substantiellement horizontal et passant par l'axe optique Y du module. Tout se passe comme si on avait deux demi lentilles juxtaposées. La figure 4 donne une vue plus détaillée de la lentille selon le premier exemple : la lentille L est biconvexe et asphérique, elle a un bord en partie haute el aminci, notamment d'au moins un facteur 2, par rapport au bord e2 en partie basse (el est par exemple d'environ 0 .3 à 0.8 mm, notamment compris entre 0.5 et 0.6 mm; e2 est par exemple d'environ 1.4 à 1.9 mm, notamment d'environ 1.6 à 1.7 mm. L'épaisseur em au niveau de la jonction entre les zones z1 et z2 est d'environ 0.6 à 1.4 mm, notamment de 1.1 à 1.2 mm. Cette épaisseur se traduit par une légère marche sur la face d'entrée de la lentille, notamment disposée en dehors du plan vertical passant par l'axe optique. Les figures 5a et 5b concernent un second exemple selon l'invention, permettant une correction encore plus fine des aberrations chromatiques : la figure 5a est une vue de face de la face d'entrée de cette lentille, qui est décomposée en quatre zones superposées au lieu de deux comme dans l'exemple précédent : la zone z1 a une focale corrigée pour le rouge, la zone z3 pour l'orange, la zone z2 pour le bleu et la zone z4 pour le violet, les quatre foyers correspondant à ces couleurs Fr, Fo, Fb et Fv étant confondus au niveau du cache. Ont été également représentés les trajets de rayons respectivement rouge, orange, bleu et violet atteignant les zones z1, z3, z2 et z4, rayons ressortant bien de la lentille selon des directions parallèles à l'axe optique Y. Les jonctions entre deux zones se font selon des plans horizontaux, celui séparant la zone z3 de la zone z2 étant disposé dans un plan contenant l'axe optique, comme dans le cas de l'exemple 1. La figure 6 illustre une variante de l'exemple 1 : la partie supérieure de la lentille, la zone z1 donc, a été volontairement tronquée. L'épaisseur de la lentille sur son bord supérieur est alors d'environ 10 à 14 mm. Deux raisons à ce choix : on supprime en fait la zone la moins active optiquement de la lentille, le faisceau final émis par le module est peu affecté, mais on a ainsi une lentille d'un encombrement moindre (qui se rapproche ainsi de l'encombrement de la lentille verre habituelle). Il a été montré qu'en tronquant la lentille à environ 10 mm de son bord, la perte de flux observée dans le faisceau final est négligeable (perte d'environ 1.5%). Par ailleurs, cette partie tronquée offre la possibilité d'un large seuil d'injection lors du moulage de la lentille, ce qui facilite et améliore les conditions de l'injection. L'invention concerne aussi des lentilles ainsi tronquées, qu'elles aient une ou plusieurs focales. La lentille selon l'invention peut trouver différentes applications 5 également en dehors du domaine automobile, dans tous les dispositifs d'éclairage et/ou utilisant des éléments dioptriques de type lentille. REVENDICATIONS 1. Lentille (L) à base de matériau(x) polymère(s) pour module optique destiné à être monté dans un dispositif d'éclairage pour véhicule automobile, caractérisé 5 en ce qu'elle comporte au moins deux zones (z1,z2,z3,z4), lesdites zones ayant des focales différentes. 2. Lentille (L) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones à focales différentes sont disposées les unes au dessus des autres quand la lentille est en 10 position de montage dans le module optique. 2. Lentille (L) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux zones à focales différentes adjacentes sont délimitées l'une par rapport à l'autre par un plan, notamment par un plan sensiblement perpendiculaire au plan 15 contenant quand la lentille est en position de montage dans le module optique. 2. Lentille (L) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle est biconvexe. 20 3. Lentille (L) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle est asphérique. 4. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les focales des zones de la lentille sont chacune adaptées pour corriger les 25 aberrations chromatiques dans une longueur d'onde, ou une gamme de longueur d'onde, qui est spécifique à chaque zone et qui est dans le domaine visible. 5. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte deux zones (z1,z2) à focales différentes, une zone (z1) dont la focale 30 est adaptée à la couleur rouge et une zone (z2) dont la focale est adaptée à la couleur bleue. 6. Lentille selon l'une des revendications précédentes 1 à 4, caractérisé en ce qu'elle comporte quatre zones (z1, z2, z3,z4) à focales différentes, une zone (z1) 35 dont la focale est adaptée à la couleur rouge, une zone (z3) dont la focale est adaptée à la couleur orange, une zone (z2) dont la focale est adaptée au bleu, et une zone (z4) dont la focale est adaptée au violet. 7. Lentille l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des bords de la lentille est plus mince que le bord opposé, notamment le bord supérieur par rapport au bord inférieur quand la lentille est en position de montage dans le module optique. 8. Lentille selon l'une des revendications précédentes 1 à 6, caractérisé en ce que une partie du bord de la lentille est tronquée, notamment une partie au moins du bord supérieur quand la lentille est en position de montage dans le module optique. 9. Lentille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle est à base de polycarbonate. 10. 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) et un cache (C) disposé entre ledit réflecteur et ladite lentille (L), caractérisé en ce qu'il comporte une lentille (L) selon l'une des revendications précédentes. 11. Module optique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les foyers (fl,f2) des zones (zl,z2) de la lentille (L) sont localisés sur ou à proximité immédiate du bord optiquement actif du cache (C). 12. Module optique selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend un écran thermique (ET) disposé entre la source lumineuse (S) et le cache (C). 13. Module optique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'écran thermique (ET) comporte un substrat en verre muni sur au moins une de ses faces d'un empilements de couches interférentielles agissant sur les rayonnements infrarouges, notamment un empilement comprenant plusieurs couches métalliques du type argent disposées entre des couches de matériau diélectrique du type oxyde métallique, et/ou dérivés de silicium du type nitrure de silicium. 14. Projecteur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module optique selon l'un des revendications 10 à 13.