Brevet FR3012573A1 — publié le 20150501

Module optique pour un projecteur de véhicule comprenant une source laser L'invention concerne les projecteurs de véhicules automobiles. Il est connu de réaliser des projecteurs de véhicule dans lesquels la source de lumière comprend une diode électroluminescente, pour la réalisation de faisceaux classiques par exemple de code ou de route. Les leds ont pour avantage d'être très peu encombrantes, ce qui permet de réduire le volume du projecteur, et d'émettre une quantité de lumière élevée par rapport à la surface de la diode. Ce dernier avantage permet d'améliorer la précision du faisceau produit par le projecteur. Toutefois ce compromis entre le volume de la source et l'intensité lumineuse atteint maintenant ses limites avec les diodes. C'est ainsi que, la luminance des leds étant limitée, il est nécessaire de disposer de plusieurs modules d'éclairage si l'on veut produire un faisceau de forte intensité. De plus, il faut souvent doter les projecteurs de lentilles et de réflecteurs de grande hauteur, au moins supérieure à 40 millimètres, ce qui génère des contraintes en termes de style. En particulier, il est difficile de diminuer cette hauteur lorsque le projecteur doit réaliser un faisceau de type code ou route. On connaît certes par ailleurs des projecteurs comprenant des diodes laser qui procurent des intensités plus élevées pour une dimension donnée mais leur coût est plus élevé. Un but de l'invention est d'augmenter la quantité de lumière produite sans augmenter les 20 dimensions de la source. À cet effet, on prévoit selon l'invention un module optique pour projecteur de véhicule, qui comprend: - au moins une diode comprenant un élément de conversion de longueur d'onde de rayonnement, et 25 - au moins une source laser distincte de la diode, le module étant agencé de sorte que la lumière laser de la source frappe une partie seulement de l'élément de conversion. Ainsi la source laser transmet à la diode de la lumière supplémentaire qui augmente la quantité de lumière venant de la diode sans nécessité d'en modifier les dimensions ou les 30 caractéristiques. On augmente donc l'intensité lumineuse du faisceau mais pas les dimensions de la diode. Il n'y a pas de contrainte particulière pour le positionnement de la source laser car elle n'interagit pas directement avec le réflecteur et la lentille du module. Cette adjonction de lumière a donc lieu sans augmenter l'encombrement du module et du projecteur. Et même, 35 sachant que dans certains cas une seule diode sera nécessaire, on peut réduire l'encombrement du module et du projecteur. De plus, la frappe de la lumière laser sur une partie seulement de l'élément de conversion permet de choisir la zone du faisceau du projecteur qui bénéficie de l'augmentation de l'intensité lumineuse. Avantageusement, le module est agencé de sorte que la partie comprend un centre de 5 l'élément de conversion. Ainsi, c'est la partie centrale du faisceau qui bénéficie de l'apport supplémentaire de lumière. Il peut s'agir par exemple de la coupure dans le cas d'un faisceau de croisement afin que l'intensité lumineuse à cet endroit soit particulièrement élevée tout en respectant la réglementation relative à la coupure. 10 Avantageusement, le module est agencé de sorte que la partie présente au moins l'une des caractéristiques suivantes: - elle ne comprend pas un centre de l'élément de conversion ; - elle a une forme de disque ; - elle a un contour elliptique ; 15 - elle est contiguë à un bord de l'élément de conversion, et - elle est contiguë à un coin de l'élément de conversion. Dans ces deux derniers cas, c'est un bord latéral du faisceau qui bénéficie de l'apport supplémentaire de lumière pour un meilleur contraste entre les parties éclairées du champ de vision et les parties qui ne sont pas éclairées. 20 Avantageusement, le module est agencé de sorte que la lumière laser de la source frappe une bordure contiguë à l'élément de conversion et distincte de ce dernier. De préférence, la diode est dépourvue de lentille. En effet, dans le cas contraire, cette lentille risquerait de perturber l'interaction du rayon laser incident avec l'élément de conversion de la diode. 25 Le module pourra représenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - il comprend un collimateur agencé pour transmettre la lumière laser en direction de l'élément de conversion ; - il comprend un réflecteur apte à réfléchir un rayonnement de l'élément de conversion ; 30 - le réflecteur présente un orifice agencé pour être traversé par la lumière laser dirigée vers l'élément de conversion ; - il comprend au moins une lentille apte à transmettre un rayonnement de l'élément de conversion ; - la diode comprend une source de lumière autre qu'une source laser, et 35 - la diode comprend au moins deux éléments de conversion ou le module comprend au moins deux diodes comprenant des éléments de conversion respectifs, le module étant agencé de sorte que la lumière laser frappe au moins l'un de ces éléments de conversion. On prévoit également selon l'invention un projecteur pour véhicule qui comprend au moins un module selon l'invention et de préférence au moins deux modules. On prévoit également selon l'invention un procédé pour produire un faisceau de projecteur de véhicule, dans lequel la lumière laser d'au moins une source laser frappe une partie 5 seulement d'un élément de conversion de longueur d'onde de rayonnement d'au moins une diode distincte de la source. Avantageusement, pendant la frappe, une source de lumière de la diode émet un rayonnement. De préférence, on commande la frappe en présence d'un premier événement 10 prédéterminé, tandis que, en présence d'un deuxième événement prédéterminé, on ne commande pas la frappe et une source de lumière de la diode émet un rayonnement. Par exemple, le premier événement prédéterminé comprend le fait qu'une vitesse du véhicule est supérieure à un seuil prédéterminé, et le deuxième événement prédéterminé comprend le fait que la vitesse est inférieure au seuil. 15 Ainsi, on peut réserver l'utilisation de l'intensité lumineuse élevée aux circonstances dans lesquelles le véhicule roule à grande vitesse et prévoir une intensité lumineuse plus réduite dans les autres cas. Nous allons maintenant présenter plusieurs modes de réalisation de l'invention à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels : 20 - les figures 1 à 3 sont trois schémas montrant un module d'un projecteur selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 4 à 5 montrent chacune quatre exemples de positionnement du faisceau de la source laser sur la diode dans le projecteur des figures précédentes ; - la figure 6 montre une diode d'un module selon un autre mode de réalisation de 25 l'invention; - la figure 7 montre une diode dont une partie est illuminée au moyen d'une source laser dans le projecteur des figures 1 à 3, les figures 8 et 9 illustrant la variation de l'intensité lumineuse le long des deux segments illustrés à la figure 7 ; et - la figure 10 est une vue analogue à la figure 7 et les figures 11 à 13 des courbes 30 analogues aux figures 8 à 9. Nous allons décrire un mode de réalisation d'un module selon l'invention en référence aux figures 1 à 3. Le module 2 est destiné à faire partie d'un projecteur de véhicule automobile, ce projecteur pouvant comprendre un ou plusieurs modules selon l'invention. Dans le cas où il 35 comprend plusieurs modules, le projecteur peut être agencé de sorte que chaque module est en mesure de produire au moins un faisceau d'éclairage réglementaire voire plusieurs. Dans un autre mode de réalisation, il peut être agencé de sorte qu'au moins un faisceau d'éclairage réglementaire est produit par la combinaison des faisceaux de deux modules du projecteur. Dans la présente demande, le ou les faisceaux d'éclairage susceptibles d'être produits par le ou les modules font partie de la liste suivante: un faisceau de route, un faisceau de croisement, un faisceau antibrouillard, un faisceau de route anti-éblouissement ou un faisceau de mauvais temps, appelé AWL conformément au sigle anglais pour « Adverse Weather Light ». Le module 2 comprend une diode électroluminescente ou led 4. Il s'agit ici d'une led de type classique qui n'est pas une source laser. Elle comprend en particulier une source de lumière 6 surmontée par une couche d'un élément de conversion de rayonnement ou phosphore 8. En fonctionnement, la source 6 émet un rayonnement en direction de la face du phosphore contiguë à la source. Ce rayonnement traverse le phosphore et est émis par la face supérieure, ici rectangulaire, 10 de ce dernier avec une longueur d'onde différente d'une longueur d'onde du rayonnement émis par la source 6 pour produire une lumière blanche. Le module comprend un réflecteur 12 et une lentille 14. La diode 4 est positionnée convenablement par rapport à un ou plusieurs foyers du réflecteur et/ou de la lentille de sorte que la lumière émanant de la diode pour une part est transmise directement à la lentille 14 et pour une autre part est réfléchie par le réflecteur 12 en direction de la lentille, et de sorte que la lumière sortant de la lentille ait une orientation permettant de réaliser un faisceau d'éclairage réglementaire. Le module 2 comprend en outre une source laser telle qu'une diode laser 16 distincte de la diode 4. Il comprend également un collimateur 18 disposé pour recevoir la lumière laser émise par la diode 16 et conformer le faisceau en vue de l'utilisation qui va être expliquée ci-après. La diode et le collimateur sont disposés de sorte que le faisceau laser sortant du collimateur vient frapper l'élément de conversion 8. Dans le présent exemple, ils sont disposés d'un côté de la paroi du réflecteur 12 opposé au côté en regard duquel se trouve la source 4 et qui assure la réflexion de la lumière qui en émane en direction de la lentille. Un orifice 20 est ménagé dans cette paroi pour permettre au faisceau laser de la traverser. De plus, la source laser 16 et le collimateur sont disposés et agencés de sorte que le faisceau laser 22 vient frapper une partie seulement de la face supérieure 10 de l'élément de conversion. Ce faisceau crée donc sur cette face une tache 24 qui est limitée à une portion de cette face. Par conséquent, il existe au moins une autre portion de cette face qui ne reçoit pas la lumière laser. On a illustré aux figures 4 et 5 huit exemples de la forme, des dimensions et du 35 positionnement de cette tache. Dans l'exemple (a), le faisceau laser produit une tache 24 en forme de disque occupant notamment le centre de la face 10 et centré sur cette dernière. Le contour du disque s'étend à distance de tous les bords de la face 10. Le disque présente un diamètre inférieur à la moitié et même au tiers de la largeur du rectangle formé par la face 10. Dans l'exemple (b), la tache produite par le faisceau laser ne se différencie du cas précédent que par le diamètre du disque qui est cette fois supérieur à la moitié de la largeur 5 du rectangle. Dans l'exemple (c), la seule différence avec les cas précédents réside dans le diamètre du disque qui est cette fois égal à la largeur du rectangle ou légèrement inférieur à cette dernière. Dans l'exemple (d), la tache diffère des cas précédents par la forme de son contour qui 10 est cette fois une ellipse. L'ellipse est centrée sur la face 10 en l'espèce. En particulier le grand axe de l'ellipse qui est parallèle à la direction longitudinale du rectangle est inférieur à sa longueur, et son petit axe est inférieur à sa largeur. Dans ces quatre cas, la tache occupe le centre de la face 10 et s'étend à distance de chacun de ses quatre coins. De plus, sauf éventuellement dans le troisième cas, la tache 15 s'étend à distance de tous les bords de la face. L'ajout de lumière au centre du phosphore permet en général d'augmenter l'intensité lumineuse au centre du faisceau du projecteur, par exemple au centre de la coupure supérieure si le faisceau en comprend une. Dans l'exemple (e), le faisceau laser frappe non seulement la face 10 mais également une 20 bordure 26 qui s'étend tout autour de la face 10 et qui ne forme pas un élément de conversion de rayonnement. En l'espèce, la trace circulaire du faisceau est centrée sur l'un des coins du rectangle de la face 10. La partie de cette face ainsi illuminée se limite donc à un quartier de disque correspondant à un secteur angulaire de 90°. Elle présente en particulier une partie de contour circulaire. 25 Dans l'exemple (f), la situation est semblable et ne diffère de la précédente que par le diamètre du faisceau utilisé si bien que la partie de la face frappée par le faisceau laser est de plus grandes dimensions. Dans l'exemple (g), le faisceau laser a cette fois une trace dont le centre se situe sur un côté du rectangle et à distance de tous ses coins de sorte que la partie de la face frappée 30 par le laser correspond à une moitié de disque. L'exemple (h) ne diffère du précédent que par la forme de la trace du faisceau sur la diode dont le contour est cette fois elliptique, le grand axe de l'ellipse étant ici confondu avec le côté du rectangle si bien que la partie de la face 10 frappée par le laser à la forme d'une moitié d'ellipse. 35 Ces quatre derniers exemples sont bien adaptés aux situations dans lesquelles on souhaite produire des coupures franches et contrastées avec un maximum d'intensité aux endroits souhaités en employant un système optique de projection à alignement d'images dépourvu de cache et à surface dite complexe. La diode 4 est choisie par exemple pour produire à elle seule une lumière blanche. La source laser peut être choisie pour produire un rayonnement bleu ou ultraviolet. À l'occasion de sa réflexion sur l'élément de conversion, la longueur d'onde de ce rayonnement 5 est modifiée pour produire une lumière blanche. On donnera de préférence à la source laser une longueur d'onde proche de celle de la lumière émise par la source elle-même afin que la réaction du faisceau laser sur le phosphore soit voisine de celle produite avec la lumière de la diode 4. Le module pourra notamment être prévu pour que le faisceau laser frappe le phosphore alors que la diode 10 produit elle-même sa propre lumière par ailleurs. Le module doit donc être agencé de sorte que le phosphore ne soit pas saturé dans de telles conditions et soit capable de dissiper plus de chaleur qu'il n'en dissiperait si la diode 4 seule produisait de la lumière. Dans au moins un mode de fonctionnement du module, la diode 4 émet donc non seulement la lumière qu'elle produit grâce à sa propre source 6 à travers le phosphore 8 15 mais aussi la lumière émise par ce dernier et provenant du faisceau laser 22. On a illustré aux figures 7 à 9 le résultat d'une expérimentation correspondant à l'exemple (e) dans lequel seul un coin de la face 10 qui a cette fois une forme carrée est frappé par le faisceau laser 22. La partie ainsi illuminée occupe moins du quart de la face 10. A la figure 7, on a illustré une première diagonale D1 qui intercepte la partie ainsi éclairée et une autre D2 20 qui ne l'intercepte pas. Les figures 8 et 9 illustrent respectivement pour ces dieux diagonales l'évolution de l'intensité lumineuse émise par la face 10 en fonction de la position du point considéré le long de la diagonale correspondante. Pour cela, on place devant la diode un capteur orientable mesurant l'intensité lumineuse provenant de chaque point de la diode. On repère la position angulaire du capteur qui est 25 indiquée en abscisse. En ordonnée, on a fait figurer l'intensité lumineuse reçue en candelas. A la figure 8, on voit que l'intensité lumineuse reste très basse lorsqu'on part de l'extrémité de la diagonale opposée à la partie éclairée, puis s'élève brutalement lorsqu'on aborde cette partie pour enfin redescendre brutalement lorsqu'on la quitte après le coin de la face 10. Sur la figure 9, pour laquelle l'échelle de l'axe des ordonnées est différente de celle de la figure 30 précédente, on voit que l'intensité reste basse tout le long de la diagonale D2, ce qui concorde avec le fait que cette diagonale n'intercepte pas la partie illuminée. Les figures 10 à 13 correspondent cette fois à la situation de l'exemple (g). La partie éclairée forme un demi-disque contiguë au côté droit du carré de la face 10 et distant de chacun de ses coins. La droite El est une médiane qui s'étend du centre du côté contigu à la 35 tache au centre du côté opposé. La droite E2 correspond au côté contigu à la tache et la droite E3 au côté opposé. Sur la figure 11, on voit que l'intensité lumineuse sur la droite E1, lorsqu'on la parcourt depuis le côté opposé à la tache jusqu'à cette dernière, augmente brutalement lorsqu'on arrive sur la tache. A la figure suivante, on voit que pareillement l'intensité lumineuse sur la droite E2 est beaucoup plus élevée dans la zone traversant la tache. Enfin, à la figure 13, on observe que l'intensité lumineuse sur la droite E3 reste partout modeste, celle-ci n'interceptant pas la tache. Dans un autre mode de réalisation, il est possible de doter le collimateur 18 de moyens de focalisation variable permettant de modifier la partie de la face 10 impactée par le faisceau laser. Ces moyens pourront comprendre par exemple des moyens pour déterminer une distance entre une lentille du collimateur et la face 10. Le collimateur pourra être doté d'une lentille à focale contrôlée électriquement. La position, la forme et les dimensions de la partie du phosphore éclairée avec le laser doivent être choisies avec soin car elles influencent directement la surintensité créée par ce moyen dans la photométrie du faisceau. On peut configurer la bordure 26 sous la forme d'une zone absorbante des rayons lumineux afin de créer un fort contraste dans le faisceau en coopération avec les bords et les 15 coins. La bordure peut aussi être formée par un miroir apte à renvoyer le rayonnement qu'elle reçoit vers un élément absorbant. Mise à part l'adjonction du laser et du collimateur, le module est identique à un module de projecteur classique. Le collimateur permet de créer dans une zone prédéterminée de l'élément de conversion 20 un point de forte luminance pour augmenter l'intensité lumineuse du faisceau produit par le module dans une partie de ce dernier. Il est préférable que la diode 4 soit en elle-même dépourvue de lentille. On fait notamment observer que le faisceau laser sortant du collimateur vient directement frapper la face 10 de l'élément de conversion sans traverser aucun autre élément. 25 Dans le procédé de l'invention, la source de lumière 6 de la diode émet un rayonnement qui après conversion par l'élément 8 est transmis en direction du réflecteur et de la lentille. Pendant ce temps, la lumière laser de la source laser 16 frappe une partie seulement de l'élément de conversion. La lumière ainsi reçue par l'élément de conversion est également réfléchie par le réflecteur en direction de la lentille. 30 Mais on peut prévoir que ce mode de fonctionnement n'a lieu qu'en présence d'un premier événement prédéterminé, par exemple correspondant au fait qu'une vitesse du véhicule est supérieure à un seuil prédéterminé. En présence d'un deuxième événement prédéterminé qui comprend par exemple le fait que la vitesse est inférieure au seuil, on ne commande pas la frappe et la source de lumière de la diode émet seule un rayonnement. Ainsi, on réserve 35 l'utilisation d'un faisceau lumineux de forte intensité au cas où le véhicule circule à grande vitesse. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. On peut ainsi envisager de doter le module de plusieurs sources laser dont les faisceaux viennent frapper une ou plusieurs parties d'un même élément de conversion d'une diode. On augmente ainsi d'autant l'intensité lumineuse du faisceau. Il faut cependant veiller à ne pas 5 dépasser les capacités d'évacuation de chaleur de l'élément de conversion. On a aussi illustré à la figure 6 un autre mode de réalisation dans lequel la diode 4 comprend plusieurs sources lumineuses, ici au nombre de cinq, chacune associée à son propre élément de conversion 8. Cette diode est agencé pour produire un faisceau au moyen de ces cinq sources. On peut prévoir que le faisceau laser 22 vient frapper un seul des 10 éléments de conversion pour renforcer la luminance d'une seule des sources. On peut ainsi augmenter l'intensité au centre du faisceau produit par le module, par exemple si c'est la source occupant le centre de l'alignement des cinq sources qui voit sa luminance ainsi renforcée. L'invention permet notamment de réduire l'encombrement du module et donc du 15 projecteur qui l'incorpore. Elle permet aussi d'éviter l'adjonction à un module donné d'un module complémentaire pour compléter le faisceau qu'il produit. Le prix de revient du projecteur s'en trouve également réduit car on évite le développement et la production de ce module complémentaire. Toutefois, l'utilisation d'un tel module complémentaire demeure possible 20 dans le cadre de l'invention. On pourrait prévoir que la tache produite par la source laser soit entièrement inscrite dans la face de l'élément de conversion mais pas centrée sur cette dernière. REVENDICATIONS1. Module optique (2) pour projecteur de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins une diode (4) comprenant un élément (8) de conversion de longueur d'onde de rayonnement, et - au moins une source laser (16) distincte de la diode, le module étant agencé de sorte que la lumière laser de la source frappe une partie (24) seulement de l'élément de conversion. 2. Module selon la revendication précédente, agencé de sorte que la partie (24) comprend un centre de l'élément de conversion. 3. Module selon la revendication 1, agencé de sorte que la partie (24) ne comprend pas un centre de l'élément de conversion. 4. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes agencé de sorte que la partie (24) a une forme de disque. 5. Module selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 3 agencé de sorte que la partie (24) a un contour elliptique. 6. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes agencé de sorte que la partie (24) est contiguë à un bord de l'élément de conversion. 7. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes agencé de sorte que la partie (24) est contiguë à un coin de l'élément de conversion. 8. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes agencé de sorte que la lumière laser de la source frappe une bordure (26) contiguë à l'élément de conversion et distincte de ce dernier. 9. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la diode (4) est dépourvue de lentille. 10. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes qui comprend un collimateur (18) agencé pour transmettre la lumière laser en direction de l'élément de conversion. 11. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes qui comprend un réflecteur (12) apte à réfléchir un rayonnement de l'élément de conversion. 12. Module selon la revendication précédente dans lequel le réflecteur présente un orifice (20) agencé pour être traversé par la lumière laser dirigée vers l'élément de conversion. 13. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes qui comprend au moins une lentille (14) apte à transmettre un rayonnement de l'élément de conversion. 14. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la diode (4) comprend une source de lumière autre qu'une source laser. 15. Module selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la diode comprend au moins deux éléments de conversion (8) ou le module comprend au moins deux diodes comprenant des éléments de conversion respectifs, le module étant agencé de sorte que la lumière laser frappe au moins l'un de ces éléments de conversion. 16. Projecteur pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module (2) selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, et de préférence au moins deux modules. 17. Procédé pour produire un faisceau de projecteur de véhicule, caractérisé en ce que la lumière laser d'au moins une source laser (16) frappe une partie seulement d'un élément (8) 10 de conversion de longueur d'onde de rayonnement d'au moins une diode (4) distincte de la source. 18. Procédé selon la revendication précédente dans lequel, pendant la frappe, une source de lumière (6) de la diode émet un rayonnement. 19. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 17 à 18 dans lequel on 15 commande la frappe en présence d'un premier événement prédéterminé, tandis que, en présence d'un deuxième événement prédéterminé, on ne commande pas la frappe et une source de lumière (6) de la diode émet un rayonnement. 20. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le premier événement prédéterminé comprend le fait qu'une vitesse du véhicule est supérieure à un seuil 20 prédéterminé, et le deuxième événement prédéterminé comprend le fait que la vitesse est inférieure au seuil.