Brevet FR3009065A1 — publié le 20150130

«Dispositif optique de véhicule automobile » La présente invention est relative notamment à dispositif optique utilisable pour l'émission de lumière. Une application préférée concerne l'industrie automobile pour la réalisation de dispositifs de signalisation et/ ou d'éclairage, notamment de projecteurs de véhicule. Dans ce dernier domaine, l'emploi de guides optiques s'est fortement développé ces dernières années. Il s'agit généralement d'éléments sensiblement allongés dans le cas de guides linéaires, en matière transparente avec une section typiquement circulaire. Le guide coopère le plus souvent avec une source lumineuse placée à l'une de ses extrémités. Cet ensemble permet de propager des rayons lumineux dans le guide, en direction de l'extrémité du guide longitudinalement opposée à la source, par réflexion interne sur les surfaces du guide. C'est le cas du dispositif présenté dans le document DE-A1-19939087. Dans cette publication, un guide coopère avec plusieurs sources qui l'alimentent en lumière. Chaque source est placée à une extrémité d'un collimateur dédié à cette source. Les rayons issus de la source sont reçus par le collimateur qui les renvoie en direction du guide commun à toutes les sources. L'utilisation, pour un même guide, de deux sources lumineuses ou plus est problématique en termes d'homogénéité de faisceau et l'invention a pour objectif d'apporter une solution à cette difficulté. Un aspect de l'invention est relatif à un dispositif optique destiné à propager des rayons lumineux pour un dispositif lumineux, notamment pour véhicule automobile, comprenant : - un guide de propagation de rayons lumineux, - au moins deux collecteurs chacun configuré pour produire, à réception d'un faisceau issu d'une source lumineuse, un faisceau d'entrée dans le guide. Ce guide est de manière avantageuse tel que les collecteurs sont configurés pour focaliser le faisceau d'entrée, chacun en une zone de focalisation prédéterminée. Ainsi, on peut régler précisément la forme et la position du faisceau issu de chaque source entrant dans le guide au moyen de la définition des zones de focalisation adaptées. Grâce à l'invention, les rayons du faisceau entrant dans le guide sont mieux répartis et, de manière surprenante, le demandeur a constaté l'élimination de points chauds correspondant à des zones du faisceau projeté où l'intensité lumineuse était anormalement forte, généralement au détriment d'autres zones du faisceau. Globalement, l'invention permet aussi de mieux contrôler la forme des faisceaux et d'améliorer le rendement du dispositif. On notera que, grâce à l'amélioration du contrôle des faisceaux entrant dans le guide, on peut multiplier le nombre de sources fonctionnant en simultané sans produire un faisceau de sortie hétérogène. Suivant un cas avantageux, chacun des collecteurs comporte une paroi de réflexion à profil elliptique. Ce profil elliptique (ce qui ne signifie pas que le collecteur a impérativement une section de forme strictement en portion d'ellipse; des profils proches de portions d'ellipse dit « pseudo elliptique » conviennent aussi dans l'interprétation à donner aux termes de profil elliptique) et la définition de ses foyers permettent de positionner efficacement la source et la zone de projection. Suivant une autre option de l'invention, chacun des collecteurs est configuré pour que la totalité des rayons impactant la paroi de réflexion soit réfléchie de sorte à entrer directement dans le guide. On comprend que le principe de focalisation par l'invention est un élément très avantageux pour mettre en pratique cette caractéristique d'entrer directe et totale des rayons dans le guide. En effet, le placement de la zone de focalisation assure un réglage précis du chemin suivi par les rayons réfléchis par le collecteur. L'entrée directe des rayons réfléchis par la paroi du collecteur a en outre l'avantage de préserver, entre le collecteur et le guide, une portion de propagation (telle une branche de raccordement entre collecteur et guide) des rayons dans laquelle il n'y a pas d'impact de rayons sur les parois. De la sorte, la forme de cette portion, ses tolérances de fabrication ou d'autres contraintes géométriques sont sans conséquences sur le fonctionnement optique du dispositif. En outre, le dispositif peut recevoir à ce niveau des organes annexes tels des éléments de fixation qui n'interféreront pas avec les faisceaux. Selon d'autres cas optionnels qui peuvent être mis en oeuvre seuls ou selon toutes combinaisons, le dispositif est tel que : - la zone de focalisation est un point de focalisation ; - la zone de focalisation est un segment de droite dirigé suivant l'axe du guide ; - la zone de focalisation est une portion d'un plan contenant l'axe du guide ; - la paroi de réflexion comporte une pluralité de facettes ; - la zone de focalisation est située pour partie dans le guide et pour partie en amont du guide suivant le sens de propagation des rayons lumineux ; - les zones de focalisation des collecteurs sont différentes ; - les zones de focalisation des collecteurs sont identiques ; - chacun des collecteurs comporte un dioptre d'entrée avec une cavité d'admission de rayons du faisceau lumineux issu de la source ; - chacun des collecteurs comporte un dioptre d'entrée avec un profil bombé dont la surface extérieure est convexe ; - le profil bombé forme une partie de fond de ladite cavité, la convexité du profil bombé étant dirigée vers l'intérieur de la cavité ; - il comporte, pour chacun des collecteurs, une branche de propagation du faisceau d'entrée entre la sortie du collecteur et l'entrée du guide, de sorte qu'il y a autant de branches que de collecteurs ; - les collecteurs, les branches et le guide sont formés de manière intégrale en une seule pièce d'une seule matière ; - il comporte au moins un organe de fixation mécanique solidaire d'une branche ; - le guide comporte des prismes se succédant suivant l'axe du guide et configurés pour produire une sortie de rayons lumineux le long du guide ; L'invention est aussi relative à un dispositif lumineux notamment pour véhicule automobile comportant un dispositif optique selon l'invention. Selon une réalisation, ce dispositif lumineux comporte un dispositif optique selon l'invention et autant de sources lumineuses que de collecteurs. Selon d'autres cas optionnels qui peuvent être mis en oeuvre seuls ou selon toutes combinaisons, le dispositif lumineux selon l'invention est tel que : - les sources lumineuses sont disposées à l'entrée des cavités des collecteurs ; - les sources lumineuses sont des diodes électroluminescentes ; - les sources lumineuses sont placées sur un circuit imprimé plan (ou PCB « Printed Circuit Board ») ; selon une réalisation avantageuse, toute les sources lumineuses associés au dispositif optique sont sur un même circuit imprimé plan. Le dispositif lumineux selon l'invention peut être : - un dispositif d'éclairage de la route encore appelé dispositif d'éclairage (l'emploi des termes « dispositif d'éclairage » sans autre précision, vise un dispositif d'éclairage de la route, par exemple un projecteur avant de véhicule encore appelé phare, - un dispositif de signalisation, par exemple un indicateur de direction, ou un feu arrière de position, ou bien encore un feu de position, ou bien encore un feu de position diurne encore appelé DRL (« Day Running Light ») ; - un dispositif d'éclairage intérieur à savoir un dispositif à l'intérieur de l'habitacle du véhicule pour éclairer celui-ci pour réaliser une illumination d'ambiance ; Un autre aspect de l'invention est un véhicule équipé d'au moins un dispositif et/ou d'au moins un système de l'invention tels qu'indiqués ci-dessus. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui suit, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 présente une vue globale en perspective d'un mode de réalisation de l'invention avec deux sources lumineuses. - la figure 2 illustre des chemins de rayons lumineux dans le dispositif de l'invention. - la figure 3 montre plus particulièrement l'effet de la focalisation de l'invention dans le guide. - la figure 4 présente une vue de dessus de l'exemple de la figure 1 dans un premier cas de focalisation. - La figure 5 présente une vue de dessus de l'exemple de la figure 1 dans un deuxième cas de focalisation. - La figure 6 révèle un troisième cas de focalisation et la formation de facettes sur les collecteurs. - La figure 7 montre un mode de réalisation de l'invention avec trois sources. - La figure 8 illustre une possibilité de sortie de lumière le long du guide. Le cas représenté aux différentes figures est particulièrement adapté à une implantation dans un projecteur à l'avant d'un véhicule automobile. D'une manière générale, l'invention permet de coupler plusieurs sources lumineuses 4a, 4b, 4c avec un guide optique 1. Ce couplage est opéré de manière caractéristique au moyen de collecteurs 2a, 2b, 2c permettant une concentration des rayons en des zones prédéterminées de l'espace assurant un contrôle optimisé de l'introduction des rayons dans le guide. Ainsi, on peut efficacement coupler un guide 1 et plusieurs sources susceptibles de fonctionner simultanément. En effet, une application préférée de l'invention est la formation d'un dispositif dans lequel les sources lumineuses participent à la réalisation d'une même fonction d'éclairage. A titre non limitatif, il peut s'agir de feux de route longue portée, ou encore feux de jour connus sous l'acronyme DRL (pour Day Running Light). Le dispositif de l'invention comporte des sources lumineuses 4a, 4b, 4c évoquées précédemment et dont la position est uniquement schématisée aux figures. Au moins l'une des sources lumineuses 4a, 4b, 4c peut être constituée d'une ou plusieurs diodes électroluminescentes (LED). Par ailleurs, dans un mode de réalisation, les sources sont arrangées relativement au dispositif de sorte à être situées dans un même plan tel que cela ressort par exemple des figures 4 et 5. Cela permet de les positionner sur une même carte de commande (telle que celles connues sous le terme PCB pour Printed Circuit Board). Il peut y avoir par exemple deux ou trois sources, comme, respectivement, dans le cas des figures 1 à 6 et de la figure 7. Dans le cas de la figure 1, une première source 4a est placée au voisinage immédiat d'une première extrémité d'un collecteur 2a décrit plus en détail ci-après. De façon similaire la deuxième source 4b coopère avec une extrémité 5 d'un collecteur 2b. La figure 2 illustre plus particulièrement la façon dont les rayons émis par une source, 4a en l'espèce, sont reçus par le collecteur 2a. Cette figure ne montre qu'un seul ensemble source, collecteur et branche de raccordement par soucis de simplification. C'est aussi le cas en figure 3. Il est entendu que le principe représenté pour un seul ensemble source, collecteur, branche de raccordement peut être reproduit pour les autres ensembles que comprend le dispositif à réaliser. Le collecteur 2a en figure 2 porte un dioptre d'entrée pour les rayons émis par la source. Ce dioptre est ici formé par la paroi d'une cavité 5 rentrant vers l'intérieur du collecteur 2a. Avantageusement la source 4a est située dans un plan où se situe l'embouchure de la cavité 5. Elle peut être centrée sur cette embouchure. La cavité 5 délimite, en formant un dioptre d'entrée, un espace de propagation dans l'air des rayons Rs issus de la source 4a, jusqu'à ce que les rayons Rs impactent la paroi de la cavité 5. Dans le mode de réalisation représenté, cette paroi comprend deux parties. Une partie de fond 6 de cavité correspond à la base de la cavité 5 et se trouve en regard de la direction moyenne d'émission de la source 2a. Elle présente préférentiellement un profil bombé, dont la convexité est dirigée vers la cavité 5. Il peut non limitativement s'agir d'un profil curviligne tel qu'un profil en arc de cercle. Une autre partie de la paroi est une paroi latérale 7 joignant le fond 6 à l'embouchure de la cavité 5. Dans le cas représenté, il s'agit d'une paroi à profil en trapèze dans un plan passant par l'axe 10 du guide 1 et de section circulaire dans un plan perpendiculaire à l'axe 10. Dans l'exemple, la paroi latérale 7 va en s'évasant en direction de l'embouchure de la cavité. Sur la base d'un rayon Rs de la source 4a, un rayon R1 est propagé dans le collecteur 2a, par transmission. Ce rayon R1 impacte ensuite une paroi 13 du collecteur 2a configuré pour réfléchir la lumière de sorte à former un rayon réfléchi R2. Dans le cas de l'invention, les déviations opérées par le collecteur 2a sont telles que les rayons Rs issus de la source sont traités de sorte à produire des rayons R2 focalisés. Ainsi, tel que visible en figure 2, les rayons R2 convergent vers une zone de focalisation 14. Cette dernière est avantageusement positionnée de sorte que les rayons R2 entrent directement dans le guide 1. On entend par là que les rayons R2 ne touchent pas les parois de l'espace intermédiaire entre collecteur 2a et guide 1, et en particulier, qu'ils ne touchent pas les parois des branches 3a, 3b décrits en détail ultérieurement. La zone de focalisation 14 peut être un point comme dans l'exemple en figures 1 à 4. Il peut aussi s'agir d'un lieu à une dimension et en particulier un segment de droite tel qu'en figure 5. A cette figure, le segment est dirigé suivant l'axe 10 du guide 1. Dans un troisième cas révélé par la figure 6, la zone de focalisation 14 est bidimensionelle, sous forme d'une portion d'un plan qui inclut préférentiellement l'axe 10 du guide. Il n'est pas absolument nécessaire que la zone de focalisation 14 soit située à l'intérieur du guide 1. Par ailleurs, la zone 14 peut s'étendre pour partie en amont du guide 1 et pour partie dans le guide 1. La figure 5 présente cette possibilité. Par ailleurs, une première variante de réalisation consiste à définir une zone de focalisation 14 identique pour toutes les sources 4a, 4b, 4c. Une autre variante est de définir des zones de focalisation 14 différentes au moins entre deux sources 4a, 4b, 4c. Cette variante permet d'optimiser la répartition spatiale des rayons entrant dans le guide et donc d'augmenter l'homogénéité du faisceau de sortie. Dans tous les cas, l'invention permet de contrôler finement le faisceau, issu d'une source 4a, 4b, 4c, entrant dans le guide 1. La figure 3 illustre cet avantage en schématisant la définition d'un cône 16 de faisceau entrant dans le guide 1, autour d'une direction moyenne 9a correspondant à la direction moyenne d'émission de la source 4a. Pour réaliser la concentration des rayons par les collecteurs 2a, 2b, 2c, les figures illustrent une implémentation préférée exploitant des surfaces de réflexion elliptiques au niveau des parois 13. Globalement, la zone de focalisation 14 correspond à l'un des foyers d'un profil elliptique de la paroi 13, profil dans un plan passant par l'axe 10 ou parallèle à celui-ci. Les figures 2 à 6 donnent une illustration de ce profil en coupe verticale. La source 4a, 4b, 4c est située à un autre des foyers du profil elliptique. Le système optique est composé de préférence de deux foyers, notamment un foyer source et un foyer secondaire de focalisation. Il y a réfraction des faisceaux issus des sources 4a, 4b 4c par les surfaces 7 et 6. Pour les faisceaux réfractés par la surface 6, ceux-ci sont directement focalisés sur le foyer secondaire. Pour les faisceaux rétractés de la surface 7, ceux-ci sont ensuite redirigés vers la surface 2a, puis le foyer secondaire. D'une manière générale, la paroi de la cavité 5 et la paroi 13 de réflexion sont arrangés de sorte à produire la focalisation dans la zone 14 souhaitée. En coupe suivant un plan perpendiculaire à l'axe 10 ou à la direction moyenne d'émission 9a, 9b, les collecteurs ont avantageusement un profil circulaire ou ovale. Le principe de focalisation schématisé aux figures 2 et 3 est dupliqué pour autant d'ensembles sources / collecteurs que nécessaire. Ainsi, en figure 4, deux sources 4a, 4b émettent chacune suivant une direction moyenne, respectivement 9a, 9b. Dans l'exemple, ces directions sont symétriques par rapport à l'axe 10 du guide. En outre ce cas montre une focalisation en une même zone 14, ici ponctuelle. Dans une autre variante, en référence à la figure 7, trois sources 4a, 4b, 4c et trois collecteurs 2a, 2b, 2c sont mis en oeuvre. Préférentiellement, les sources 4a, 4b, 4c sont réparties à trois points espacés angulairement de 120° suivant un cercle centré sur l'axe 10 du guide 1. Suivant un autre aspect, l'invention comporte des branches de raccordement, formant une jonction physique entre collecteurs et guide. Comme indiqué précédemment, l'invention présente l'avantage d'éviter tout impact de rayons entre collecteurs et guide. De ce fait les branches 3a, 3b ne réalisent qu'une transmission et sont le lieu d'une propagation de rayons sans contact avec leur paroi. La paroi des branches peut ainsi avoir une forme quelconque, tant qu'elle n'interfère pas avec les faisceaux propagés entre collecteurs et guide. La paroi des branches peut servir à recevoir des éléments de fixation (tels des pattes d'accrochage) du dispositif. Du fait de la convergence des faisceaux se propageant depuis chaque source 4a, 4b, 4c, vers la zone de focalisation, les branches 3a, 3b sont aussi amenés à se rejoindre. La figure 6 illustre une autre option de l'invention dans laquelle la paroi 13 de réflexion dans le collecteur 4a, 2b, 2c comporte des facettes 15. On entend par facettes une pluralité de surfaces planes ou de surfaces ayant un profil longitudinal curviligne mais un profil droit suivant leur largeur c'est-à-dire suivant un plan de coupe perpendiculaire à la direction moyenne d'émission 9a, 9b de la source. Ces dernières sont avantageusement juxtaposées suivant le pourtour des collecteurs 2a, 2b, 2c. Par exemple, entre 8 et 14 facettes peuvent être réalisées. Les facettes 15 donnent du volume à la zone de focalisation et uniformisent le faisceau de sortie. Dans l'illustration, les branches 3a, 3b sont aussi facettes mais cela n'est pas absolument nécessaire du fait que la paroi des branches n'est pas active optiquement. L'invention met aussi en oeuvre un guide 1 qui est une partie du dispositif optique permettant la propagation de rayons lumineux. Il présente dans le cas de la figure 1 une forme rectiligne mais d'autres formes de guides en particulier du type linéaire entrent dans le cadre de l'invention. Le guide 1 est dit linéaire en ce sens qu'il possède une forme allongée définie par une direction longitudinale (révélée dans les exemples des figures par l'axe 10 en figure 2 et 4 notamment) suivant une ligne géométrique variable selon la configuration choisie. Le guide 1 peut être rectiligne, suivre un profil curviligne convexe comme la forme galbée illustrée ou suivre des courbes différentes suivant sa longueur. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention illustré en figure 8,Ie long du guide 1, une surface de réflexion, dotée de prismes 12 se succédant avantageusement, permet de réfléchir certains rayons de manière à ce qu'ils se propagent dans le guide et d'autres rayons avec une incidence telle qu'ils sortent du guide. Ainsi, progressivement le long du guide, les rayons sont réfléchis de manière à sortir du guide. La surface de réflexion dotée de prismes est ainsi conçue de sorte à générer un faisceau sortant, par une face latérale du guide 1. On remarquera l'importance toute particulière de l'homogénéité de la répartition des rayons dans le guide pour produire une bonne répartition des rayons sortant le long dudit guide. Un intérêt de tels guides est que leur forme peut varier, par exemple avec une courbure le long du guide, tout en conservant un aspect homogène de l'émission de lumière produite le long du guide alors même que la source est située à une extrémité. Le guide 1 peut être de section circulaire de sorte à adopter une enveloppe cylindrique ou avoir toute autre section (elliptique, carrée ou ovale par exemple). Des polymères transparents conviennent non limitativement pour sa réalisation et celle des collecteurs 2a, 2b, 2c et des branches 3a, 3b, tels que du polycarbonate ou du PMMA (pour polymétacrylate de méthyle). Avantageusement, l'ensemble formé par les collecteurs 2a, 2b, 2c, les branches 3a, 3b et le guide 1 est d'un seul tenant et réalisé en une seule pièce d'une même matière telle que celles précitées. Il peut s'agir d'une pièce obtenue par injection. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tous modes de réalisation conformes à son esprit. REVENDICATIONS1. Dispositif optique destiné à propager des rayons lumineux pour un dispositif lumineux, notamment pour véhicule automobile, comprenant : - un guide (1) de propagation de rayons lumineux, - au moins deux collecteurs (2a, 2b, 2c) chacun configuré pour produire, à réception d'un faisceau issu d'une source lumineuse (4a, 4b, 4c), un faisceau d'entrée dans le guide (1), caractérisé en ce que les collecteurs (2a, 2b, 2c) sont configurés pour focaliser le faisceau d'entrée, chacun en une zone de focalisation (14) prédéterminée. 2. Dispositif optique selon la revendication 1, dans lequel chacun des collecteurs (2a, 2b, 2c) comporte une paroi de réflexion (13) à profil elliptique. 3. Dispositif optique selon la revendication précédente, dans lequel chacun des collecteurs (2a, 2b, 2c) est configuré pour que la totalité des rayons impactant la paroi de réflexion (13) soit réfléchie de sorte à entrer directement dans le guide (1). 4. Dispositif optique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la zone de focalisation (14) est un point de focalisation. 5. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la zone de focalisation (14) est un segment de droite dirigé suivant l'axe (10) du guide (1). 6. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la zone de focalisation (14) est une portion d'un plan contenant l'axe (10) du guide (1). 7. Dispositif optique selon la revendication précédente dans lequel la paroi de réflexion (13) comporte une pluralité de facettes (15). 8. Dispositif optique selon l'une des trois revendications précédentes dans lequel la zone de focalisation (14) est située pour partie dans le guide (1) et pour partie en amont du guide (1) suivant le sens de propagation des rayons lumineux. 9. Dispositif optique selon l'une des revendications précédentes dans lequel les zones de focalisation (14) des collecteurs (2a, 2b, 2c) sont différentes. 10. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel les zones de focalisation (14) des collecteurs (2a, 2b, 2c) sont identiques. 11. Dispositif optique selon l'une des revendications précédentes dans lequel chacun des collecteurs (2a, 2b, 2c) comporte un dioptre d'entrée avec une cavité (5) d'admission de rayons du faisceau lumineux issu de la source (4a, 4b, 4c). 12. Dispositif optique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacun des collecteurs (2a, 2b, 2c) comporte un dioptre d'entrée avec un profil bombé dont la surface extérieure est convexe. 13. Dispositif optique selon les revendications 11 et 12 en combinaison, dans lequel le profil bombé forme une partie de fond (6) de ladite cavité (5), la convexité du profil bombé étant dirigée vers l'intérieur de la cavité (5). 14. Dispositif optique selon l'une des revendications précédentes comportant, pour chacun des collecteurs (2a, 2b, 2c), une branche (3a, 3b) de propagation du faisceau d'entrée entre la sortie du collecteur (2a, 2b, 2c) et l'entrée du guide (1). 15. Dispositif optique selon la revendication précédente dans lequel les collecteurs (2a, 2b, 2c), les branches (3a, 3b) et le guide (1) sont formés de manière intégrale en une seule pièce d'une seule matière. 16. Dispositif lumineux notamment de véhicule automobile comportant un dispositif optique selon l'une des revendications précédentes et autant de sources lumineuses que de collecteurs. 17. Dispositif lumineux selon la revendication précédente combinée à la revendication 11 ou 13 dans lequel les sources lumineuses sont disposées à l'entrée des cavités (5) des collecteurs (2a, 2b, 2c). 18. Dispositif lumineux selon la revendication 18 ou 19, dans lequel les sources lumineuses sont des diodes électroluminescentes. 19. Dispositif lumineux selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel toutes les sources sont placées sur un circuit imprimé plan.