Brevet FR2955538A1 — publié le 20110729

Dispositif optique, notamment pour véhicule automobile L'invention concerne un dispositif optique, notamment pour véhicule automobile, tel qu'un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation ayant notamment une fonction photométrique utile pour la circulation sur route du véhicule, permettant au véhicule d'être vu par d'autres véhicules ou au conducteur dudit véhicule de voir à l'extérieur. Il est connu, notamment du document DE 10 2007 018 985, d'utiliser des sources surfaciques de lumière, en particulier une diode électroluminescente organique, comme source de lumière d'un dispositif de signalisation d'un véhicule automobile. Une telle source de lumière de type diode électroluminescente organique permet de fournir une lumière homogène. La luminance fournie par une diode électroluminescente organique de technologie courante peut ne pas être suffisante pour assurer certaines fonctions de signalisation (comme les fonctions de signalisation « lampe de ville », « signalisation de freinage » et « signalisation surélevée de freinage »). Une diode électroluminescente organique de technologie courante fournit typiquement une luminance de 1000 Cd/m2 alors que pour assurer les fonctions précitées, il faudrait une luminance de 5000 à 10 000 Cd/m2. Il est également connu du document DE 10 2007 018 986 un dispositif d'éclairage d'un habitacle d'un véhicule automobile comprenant : - un ensemble de diodes électroluminescentes organiques sur lesquelles sont collés des éléments optiques. Il est encore connu des documents DE 202 07 799 et EP 1 485 959 des dispositifs de signalisation de véhicule. En résumé, les diodes électroluminescentes organiques peuvent présenter les caractéristiques suivantes : - émission lumineuse homogène, - surface lumineuse sensiblement plane, - luminance relativement réduite. Si la première caractéristique est favorable (car l'homogénéité lumineuse est appréciée par exemple par les constructeurs automobiles), les deux autres caractéristiques peuvent être gênantes dans la mesure où un feu est souvent galbé. Par ailleurs les valeurs d'intensité lumineuse minimales réglementaires (4 Cd pour une lanterne) imposeraient des surfaces lumineuses importantes. L'invention vise notamment à remédier aux inconvénients précités. L'invention a ainsi pour objet un dispositif optique pour véhicule automobile, notamment un dispositif de signalisation et/ou d'éclairage, ce dispositif comportant : - au moins une source surfacique de lumière, - au moins une lentille, notamment distante de la source surfacique de lumière, disposée au moins partiellement sur le trajet de la lumière émise par la source surfacique de lumière de manière à produire une image d'une zone objet de la source surfacique de lumière. L'image peut être formée à l'infini ou en avant de la lentille ou en arrière de celle-ci. L'invention permet d'obtenir certains effets, notamment de profondeur, en ajustant la position relative de la source et de la lentille, la taille de la source et la focale de la lentille. L'invention permet en particulier d'augmenter l'intensité lumineuse émise et/ou de créer un effet de profondeur. La source surfacique de lumière est de préférence une diode électroluminescente organique (OLED). L'aire d'émission de lumière de la source surfacique de lumière peut être supérieure à 1 cm2, voire à 10 cm2. De préférence, le dispositif comporte une pluralité de lentilles associées à une ou plusieurs sources surfaciques de lumière, ces lentilles ayant des focales différentes et/ou étant disposées à des distances différentes de la ou des sources surfaciques de lumière, de manière à créer une pluralité d'images. Ces lentilles sont de préférence disposées, par rapport à un axe optique donné, à différentes positions axiales. La ou les lentilles peuvent par exemple présenter une forme de ménisque, ou en variante avoir une face d'entrée plane et une face de sortie convexe, ou en variante encore des faces d'entrée et de sortie convexes. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la ou les sources surfaciques de lumière définissent une pluralité de zones objets, et le dispositif comporte une pluralité de lentilles chacune étant associée à l'une desdites zones objets pour former une image de cette zone objet. Ces zones objets peuvent être planes ou non planes, l'une de ces zones objets pouvant par exemple être en relief au moins localement. Si on le souhaite, les lentilles sont formées sur une pièce commune réalisée d'un seul tenant Ceci permet une conception plus simple du dispositif car moins de pièces sont nécessaires. En variante, les lentilles sont réalisées sur des pièces séparées. Par exemple, le dispositif comporte au moins trois lentilles, notamment de focales différentes, associées à la ou aux sources surfaciques de lumière. Le cas échéant, les zones objets des sources surfaciques de lumière s'étendent sensiblement dans un même plan, ce plan étant notamment sensiblement perpendiculaire à un axe optique du dispositif. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif, notamment les lentilles, sont agencées pour former des images correspondantes aux zones objets, images qui sont décalées les unes par rapport aux autres le long de l'axe optique, notamment de manière à créer un effet de profondeur. Si on le souhaite, les zones objets des sources surfaciques de lumière sont disposées à des positions différentes le long de l'axe optique du dispositif. Ainsi la pluralité de sources lumineuses peuvent être disposées à des positions différentes le long de l'axe optique du dispositif. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les lentilles sont agencées pour former des images correspondantes aux zones objets, images qui sont sensiblement dans un même plan et/ou se raccordant sensiblement les unes aux autres. De préférence, la zone objet et/ou son image par la lentille présente une forme choisie parmi : polygonale (par exemple rectangulaire), courbe (par exemple circulaire ou ovale), annulaire... Avantageusement la zone objet, voire la source surfacique de lumière, présente une superficie inférieure à celle de la lentille correspondante. L'invention permet ainsi différents avantages : - source de petites dimensions donc moins cher, - en association avec la lentille, on améliore le rendement, c'est-à- dire la forme du faisceau et l'intensité lumineuse dans l'axe, - éventuellement la source peut être de taille comparable à la lentille, - par rapport aux technologies habituelles à lampe, l'utilisation de source surfacique permet en outre de s'affranchir du système de collimation (réflecteur parabolique, lentille de Fresnel supplémentaire, etc...). Les sources « ponctuelles » de type filament ne sont généralement pas utilisées seules avec des lentilles pour des raisons de faible rendement et d'aspect lumineux peu satisfaisant. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la source surfacique de lumière est unique et forme une pluralité de zones objets, associées de préférence à plusieurs lentilles. En variante, chaque zone objet est associée à une source surfacique de lumière propre. De préférence, la lentille est agencée pour augmenter l'intensité lumineuse dans une région prédéterminée, notamment sensiblement dans le centre du faisceau. Cela permet de pallier la luminance relativement réduite. On peut ainsi réduire le coût en utilisant des sources de dimensions plus petites qu'avec une OLED utilisée seule et ce, pour obtenir une photométrie équivalente. Par ailleurs, si on le souhaite, l'une au moins des lentilles peut être une lentille de Fresnel. Les sources peuvent être sur des plans inclinés par rapport à l'axe du véhicule et les lentilles sont déposées sur un prisme de manière à rediriger le faisceau selon l'axe véhicule. Le cas échéant, la source est défocalisée, notamment axialement, par rapport à la lentille. Le cas échéant, le dispositif est agencé en dispositif de signalisation, notamment pour un feu clignotant ou un feu stop, ou encore une lampe ville. La source surfacique de lumière comporte de préférence une diode électroluminescente organique (OLED) ou, en variante, peut comporter une lampe ou une LED (diode électroluminescente pourvue d'une puce de petites dimensions) associée à un diffuseur optique, cette lampe ou cette LED étant placée derrière le diffuseur optique agencé pour diffuser la lumière provenant de cette lampe ou cette LED. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, un exemple de structure d'une diode électroluminescente organique, - la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, un dispositif selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 3 illustre des grilles photométriques respectivement pour une OLED seule et une OLED avec une lentille, selon la figure 2, - les diagrammes a/ et b/ de la figure 4 montrent des courbes iso- candela données respectivement par la source seule et par la source associée à la lentille, - la figure 5 illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif optique selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, - les figures 6 et 7 représentent, schématiquement et partiellement, des dispositifs selon d'autres exemples encore de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 8 représente, schématiquement et partiellement, en vue de dessus, des dispositifs selon des exemples de l'invention, - les figures 9 et 10 représentent, schématiquement et partiellement, des dispositifs selon d'autres exemples encore de mise en oeuvre de l'invention, et - la figure 11 montre trois courbes d'intensités lumineuses. On a représenté sur la figure 1 une diode électroluminescente organique 1 pouvant former une source surfacique de lumière au sens de la présente invention. Cette source 1 comporte : - un substrat 2, par exemple en verre, - une anode 3 déposée sur ce substrat 2, - une pluralité de couches organiques 4 au sein desquelles de la lumière peut être générée, - une cathode 5, par exemple en aluminium, - une couche d'encapsulation 6. Ces différents éléments sont superposés en formant une structure sandwich d'une épaisseur par exemple d'environ 200 nm. De la lumière est générée au sein des couches organiques 4 lorsqu'un courant électrique entre l'anode 3 et la cathode 5 traverse les couches 20 organiques 4. Bien entendu, la source surfacique de lumière au sens de la présente invention peut éventuellement être d'une technologie autre qu'une OLED. On a représenté sur la figure 2 un dispositif 10 conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, comportant une source surfacique de lumière 1, 25 par exemple une OLED, et une lentille 11 placée devant la source 1, sur un axe optique X. La lentille 11 comporte une face d'entrée plane 12 et une face de sortie 13 convexe. La référence R désigne un rayon lumineux provenant de la source 1. 30 La référence D désigne la distance entre la source 1 et la lentille 11. 15 Le diagramme a/ de la figure 3 correspond à une grille photométrique de la OLED 1 seule. Le diagramme b/ de la figure 3 correspond à une grille photométrique obtenue avec la OLED 1 et la lentille 11 placée devant, selon l'invention. Comme on peut le remarquer, l'invention permet d'optimiser la répartition photométrique et ainsi d'augmenter le rendement du dispositif optique. Il est ainsi possible de réduire la superficie de la source 1. Les sources OLED étant coûteuses et le prix augmentant avec la superficie de la source, il est important d'optimiser son utilisation. En outre, l'homogénéité des OLED est d'autant mieux garantie que ses dimensions sont petites. C'est un argument supplémentaire pour chercher à en réduire la surface. Dans l'exemple décrit, la OLED 1 est centrée sur l'axe optique X et ses dimensions sont de 20 mm en largeur et 12 mm en hauteur. La lentille 11 plan/convexe est focalisée sur le centre de la source 1. Sa face d'entrée 12 est située à une distance D de 17 mm de la source. Son diamètre est de 40 mm Les diagrammes a/ et b/ de la figure 4 montrent les courbes iso- candela données respectivement par la source 1 seule et par la source 1 associée à la lentille 11. Celui de la source seule (cas a/ de la figure 4) est symétrique de révolution conformément à l'indicatrice. Les grilles photométriques à remplir étant généralement plus étendues horizontalement que verticalement, on perd de la lumière vers le haut et vers le bas. Lorsque l'on ajoute la lentille 11, le faisceau prend une forme sensiblement rectangulaire bien mieux adaptée à la réglementation (cas b/ de la figure 4). Par ailleurs les niveaux photométriques sont plus élevés. Plus précisément, en comparant les grilles photométriques (diagrammes a/ et b/ de la figure 3), on constate que le gain est de plus de 50% au centre tout en conservant des valeurs similaire à 20°. Dans l'exemple décrit en liaison avec la Figure 3b, la source 1 est de préférence situé à +/-7mm du point foyer de la lentille et ce en défocalisation axiale. On constate que la solution proposée est particulièrement robuste d'un point de vue de la position de la source, ce qui est grand avantage. Sur la figure 11 sont représentées trois courbes. La première courbe, appelée Cl, correspond à la somme des cinq points photométriques suivants : H-5° , HV, H+5°, V-5° et V+5°. Cl donne une idée de la quantité de lumière dirigée vers le centre du faisceau. La deuxième courbe C2 correspond à la somme des six points photométriques suivants : H-10°V+5° (point 10° à gauche et 5° en haut), H-10°V0°, H-10°V-5°, H+10°V+5°, H+10°VO°, H+10°V-5°. C2 donne une idée de la quantité de lumière dirigée dans les zones intermédiaires du faisceau. La troisième courbe C3 correspond à la somme des huit points photométriques suivants : H-20°V+5°, H-20°V-5°, H-5°V+10°, H-5°V-10°, H+20°V+5°, H+20°V-5°, H+5°V+10°, H+5°V-10°. C3 donne une idée de la quantité de lumière dirigée vers les bords du faisceau. Pour les trois courbes, les abscisses correspondent à la valeur de défocalisation axiale exprimée en mm, les valeurs positives étant utilisées lorsque la source se rapproche de la lentille. Les ordonnées représentent la somme des intensités (en candelas) des points photométriques mentionnés ci-dessus. On constate que la photométrie au centre du faisceau est très stable, au moins dans la zone allant de -10 à +10mm. La photométrie des zones intermédiaires du faisceau est également très stable, entre -5 à +10mm. Enfin la photométrie du bord du faisceau présente aussi une bonne stabilité, entre 0 et +10mm cette fois. Au-delà de ces zones, la baisse constatée reste suffisamment limitée sur plusieurs mm pour que les minima imposés par la réglementation soient toujours respectés. Ainsi on peut considérer comme acceptable une défocalisation axiale de +1-5 7mm. On voit donc que la tolérance à la défocalisation est très grande, facilitant ainsi l'industrialisation du produit. On a représenté sur la figure 5 (plus précisément, à gauche de la figure 5) un exemple de dispositif optique 20 selon l'invention. 10 La lentille 11 a du haut présente une focale f' double de la distance D à laquelle se situe la source 1. La lentille 11 b du centre est neutre. Il s'agit d'une lame à faces parallèles. La lentille 11 c du bas présente une focale f' moitié de la distance D à la source. 15 L'effet pour l'observateur (comme illustré à droite de la figure 5) est que la source du haut (son image 1' en fait) est repoussée vers l'arrière. La source du centre (son image en fait) est inchangée. La source du bas (son image en fait) paraît être située en avant du feu. On obtient ainsi un effet de volume. 20 Les sources semblent situées à des emplacements étagés en profondeur. En réalité, elles se situent toutes dans un même plan P. Le dispositif peut former une lanterne ou un feu Stop... Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de mise en oeuvre qui vient d'être décrit. 25 Par exemple, comme illustré sur la figure 6, les sources 1 peuvent se situer elles-mêmes sur des plans P1 et P2 étagés le long de l'axe optique X, de manière à suivre le galbe imposé par le véhicule. Dans ce cas, on pourrait avoir la configuration inverse qui consiste, par effet visuel, à avoir l'impression que les sources sont toutes situées dans un même 30 plan. Dans un autre exemple de mis en oeuvre de l'invention, comme illustré sur la figure 7, la source 1 est unique et le dispositif optique comporte deux lentilles 11 a et 11 b distinctes associées à cette source, pour former deux images distinctes 1'. Selon une variante de l'invention, le dispositif optique peut être agencé pour être utilisé à l'intérieur de l'habitacle du véhicule automobile, par exemple comme lumière intérieure de décoration ou d'éclairage. Par exemple, la pluralité de sources lumineuses 1 peuvent être disposées à des positions différentes le long de l'axe optique X du dispositif (Figure 8a). Ceci est illustré sur la figure 8 sur laquelle on voit que la distance El entre par exemple la source 1 la plus à gauche, parmi un pluralité de sources 1 décalées axialement, et une glace 30 du dispositif (Figure 8a) est plus petite que la distance E2 entre la source 1 unique et la glace 30 (Figure 8b). L'invention permet de s'adapter au mieux au galbe du feu et de réduire ainsi l'encombrement. Dans un autre exemple de réalisation illustré à la figure 9, les sources 1 sont dans des plans différents et les lentilles 11 également. L'impression visuelle des images 1' suit une courbe différente de la disposition des sources et des lentilles. Les lentilles 11 peuvent être agencées, en vue de face, suivant des courbes ou des surfaces. Quelques exemples sont donnés sur la figure 10 : - suivant un segment de droite (figure 10a), - suivant une ondulation ou une vague (figure 10b) - suivant une matrice, par exemple rectangulaire ou carrée (figure 10c) - suivant un cercle ou un anneau (figure 10d). Revendications1. Dispositif optique (10) pour véhicule automobile, notamment un dispositif de signalisation et/ou d'éclairage, ce dispositif comportant : au moins une source surfacique de lumière (1), au moins une lentille (11), notamment distante de la source surfacique de lumière, disposée au moins partiellement sur le trajet de la lumière (R) émise par la source surfacique de lumière de manière à produire une image d'une zone objet de la source surfacique de lumière. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité de lentilles (11) associées à une ou plusieurs sources surfaciques de lumière, ces lentilles ayant des focales différentes et/ou étant disposées à des distances différentes de la ou des sources surfaciques de lumière. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la ou les sources surfaciques de lumière (1) définissent une pluralité de zones objets, et le dispositif comporte une pluralité de lentilles chacune étant associée à l'une desdites zones objets pour former une image de cette zone objet. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les lentilles sont formées sur une pièce commune réalisée d'un seul tenant, par exemple par moulage. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les zones objets des sources surfaciques de lumière s'étendent sensiblement dans un même plan. 6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le dispositif, notamment les lentilles, sont agencées pour former des images correspondantes aux zones objets, images qui sont décalées les unes par rapport aux autres le long de l'axe optique, notamment de manière à créer un effet de profondeur. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les zones objets des sources surfaciques de lumière sont disposées à des positions différentes le long de l'axe optique (X) du dispositif. 8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les lentilles (11) sont agencées pour former des images correspondantes aux zones objets, images qui sont sensiblement dans un même plan et/ou se raccordant sensiblement les unes aux autres. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la zone objet présente une forme choisie parmi : polygonale, courbe, annulaire, ovale... 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la zone objet présente une superficie inférieure à celle de la lentille correspondante. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la lentille (11) est agencée pour augmenter l'intensité lumineuse dans une région prédéterminée du faisceau, notamment dans le centre du faisceau. 10 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la source est défocalisée axialement par rapport à la lentille. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le 5 fait qu'il est agencé en dispositif de signalisation de véhicule automobile. 14.Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, agencé pour être utilisé à l'intérieur de l'habitacle du véhicule automobile, par exemple comme lumière intérieure de décoration ou d'éclairage ou comme voyant lumineux. 15