Brevet FR3046832A1 — publié le 20170721

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de source lumineuse à laser ainsi qu'à un projecteur de véhicule réalisé avec un tel dispositif de source lumineuse ainsi qu'à son procédé de fa- brication. Etat de la technique Il convient de remarquer à titre d'exemple que l'industrie automobile a besoin de sources lumineuses efficaces. Un procédé connu pour générer un signal lumineux de puissance consiste à exciter un écran au phosphore avec un faisceau laser. L'écran au phosphore émet ainsi le rayonnement, en général de façon isotrope, dans toutes les directions de l'espace. Selon le document WO 2010/084451 A1, il est par exemple connu une telle source lumineuse avec, sur les deux côtés de l'écran au phosphore, un polarisateur à grille filaire. Les polarisateurs à grille filaire servent à réduire la température à l'endroit où le faisceau laser rencontre l'écran au phosphore pour l'éclairer de façon à émettre de la lumière. Mais de manière caractéristique, le rayonnement est seu- lement émis vers l'avant, c'est-à-dire dans la direction opposée à celle du laser et qui est la direction intéressante en pratique. Dans ces conditions moyennes, la moitié du rayonnement lumineux généré est perdue car la direction arrière est celle tournée vers le laser. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but d'améliorer de telles sources lumineuses et ainsi a pour objet un dispositif de source lumineuse comportant : - un laser pour émettre un faisceau lumineux, - un écran au phosphore installé dans le chemin du faisceau du laser, - un écran entre le laser et l'écran au phosphore, - l'écran comportant au moins un orifice dans le chemin du faisceau du laser pour laisser passer le faisceau lumineux émis par le laser, - le faisceau lumineux émis par le laser excitant l'écran au phosphore pour émettre de la lumière, et 3046832 2 - l'écran a une couche rétro-réfléchissante pour réfléchir la lumière émise par l'écran au phosphore. L'invention développe ainsi un dispositif de source lumi- neuse comportant un laser pour émettre un faisceau lumineux et ayant 5 un écran au phosphore placé dans le chemin du faisceau du laser. Un écran est également installé entre le laser et l'écran au phosphore. Cet écran comporte au moins un orifice dans le chemin du faisceau du laser pour laisser passer le faisceau lumineux émis par le laser ; le faisceau lumineux émis par le laser excite l'écran au phosphore pour émettre de 10 la lumière. L'écran a une couche rétro-réfléchissante pour réfléchir la lumière émise par l'écran au phosphore. Selon un autre développement, l'invention a pour objet un projecteur de véhicule équipé d'un tel dispositif de source lumineuse. 15 Selon un autre développement, l'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif de source lumineuse consistant à : - installer un écran au phosphore dans le chemin du faisceau d'un laser, 20 - disposer un écran entre le laser et l'écran au phosphore, - réaliser au moins un orifice dans l'écran pour laisser passer le faisceau lumineux émis par le laser pour que le faisceau laser émis par le laser arrive sur l'écran phosphore et excite l'écran au phosphore pour émettre de la lumière, et 25 - réaliser une couche rétro-réfléchissante sur l'écran pour réfléchir la lumière émise par l'écran au phosphore. En d'autres termes, l'invention développe un procédé de fabrication d'un dispositif de source lumineuse comportant une première étape consistant à installer un écran au phosphore dans le che- 30 min du faisceau d'un laser. On place également un écran entre le laser et l'écran au phosphore. On réalise dans cet écran, au moins un orifice pour laisser passer le faisceau lumineux émis par le laser de sorte que ce faisceau lumineux arrive sur l'écran au phosphore et excite celui-ci pour émettre de la lumière. En outre, on a une couche rétro- 3046832 3 réfléchissante sur l'écran pour réfléchir la lumière émise par l'écran au phosphore. La couche rétro-réfléchissante réfléchit la lumière émise par l'écran au phosphore de préférence vers la source de rayonnement, 5 c'est-à-dire vers le point d'excitation de l'écran au phosphore. Ce rayon- nement est soit transmis à travers l'écran au phosphore, soit absorbé par l'écran au phosphore qui est ainsi excité pour générer de la lumière. On augmente ainsi la puissance utile du rayonnement du dispositif de source lumineuse, c'est-à-dire la partie totale du rayonnement qui fina- 10 lement est émise dans la direction avant. Le rayonnement émis dans la direction arrière par l'écran au phosphore est de préférence réfléchi en grande partie totalement par la couche rétro-réfléchissante de façon à limiter la perte de rayonnement par émission vers l'arrière qui est de la lumière non réfléchie. 15 En augmentant ainsi le rendement du rayonnement, on peut par exemple réduire le nombre de laser nécessaire pour un projecteur de véhicule, ce qui réduit à la fois la consommation courante et aussi la complexité et le coût du projecteur de véhicule. Selon un développement préférentiel du dispositif de 20 source lumineuse, l'écran est écarté de l'écran au phosphore d'une cer- taine distance. Selon un développement préférentiel du dispositif de source lumineuse, la couche rétro-réfléchissante comporte des réflecteurs à triplets de miroirs. Ainsi, la lumière réfléchie est pour l'essentiel 25 renvoyée vers le point de l'écran au phosphore qui a émis cette lumière. Selon un développement préférentiel, le dispositif de source lumineuse comporte un substrat notamment en verre et l'écran au phosphore sont prévus sur les faces opposées du substrat. Le substrat garantit une grande stabilité du dispositif de source lumineuse. 30 Selon un développement préférentiel du dispositif de source lumineuse, le substrat comporte un polarisateur à grille filaire. Le substrat à grille filaire réfléchit également une partie du rayonnement incident et permet ainsi d'augmenter l'efficacité du dispositif de source lumineuse. 3046832 4 Selon un autre développement préférentiel du dispositif de source lumineuse, le laser est un laser à balayage qui émet le faisceau lumineux dans une plage angulaire et le diamètre de l'orifice de l'écran est choisi pour correspondre, pour l'essentiel, à la largeur de la 5 plage angulaire sur l'écran. En particulier, l'orifice de l'écran pourra être réduit au minimum, ce qui réduit au minimum la fraction du rayonnement émis par l'écran au phosphore et qui traverse au moins un orifice en direction du laser et n'est pas réfléchi. Le rayonnement non utile est ainsi réduit encore plus. 10 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un dispositif de source lumineuse et de son procédé de fabrication, représentés dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références. 15 Ainsi : - la figure 1 est une vue en section schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de source lumineuse selon l'invention, - la figure 2 est une vue en section schématique d'un second mode de réalisation d'un dispositif de source lumineuse, selon l'invention, 20 - la figure 3 est une section schématique d'un dispositif de source lu- mineuse, - la figure 4 est une section schématique d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif de source lumineuse selon l'invention, - la figure 5 est une section schématique d'un quatrième mode de réa- 25 lisation d'un dispositif de source lumineuse selon l'invention, - la figure 6 est une section schématique d'un projecteur de véhicule, selon l'invention, et - la figure 7 montre un ordinogramme très simplifié pour décrire un procédé de fabrication d'un dispositif de source lumineuse, selon la 30 présente invention. Description de mode de réalisation La figure 1 est une vue en section schématique d'un pre- mier mode de réalisation d'un dispositif de source lumineuse 10 selon l'invention. Le dispositif de source lumineuse 10 comporte ici un laser 1 3046832 5 pour émettre un faisceau lumineux 4. Le laser 1 émet notamment de la lumière bleue ou de la lumière ultraviolette. Le laser 1 est de préférence un laser à balayage pour ba- layer une plage d'angle solide. Le laser 1 émet le faisceau laser 4 dans la 5 direction verticale, dans une plage angulaire a notamment par le bascu- lement des micro-miroirs du laser. Le laser 1 est, de préférence, conçu pour émettre le faisceau lumineux 4 dans une plage angulaire dans la direction horizontale perpendiculaire au plan du dessin. Dans le chemin du faisceau lumineux du laser 1 se 10 trouve un écran au phosphore 2, c'est-à-dire un écran ayant au moins une couche de phosphore. La couche de phosphore sera excitée par le faisceau lumineux 4 émis par le laser 1 pour émettre, à son tour, de la lumière. Un écran 3 placé à la distance d3 de l'écran au phosphore 15 dans le chemin du faisceau du laser 1 entre le laser 1 et l'écran au phosphore 2. La distance d3 de l'écran 3 par rapport à l'écran au phosphore 2 est par exemple comprise entre 5 mm et 40 mm et de préférence elle est égale à 20 mm. L'écran 3 a au moins un orifice 9 pour laisser passer le faisceau lumineux 4 du laser. La géométrie de l'orifice 20 9 est ici de forme quelconque. Toutefois, cet orifice 9 est de préférence de forme circulaire. Le diamètre di de l'orifice 9 de l'écran 3 est choisi de préférence pour que le faisceau lumineux 4 puisse traverser l'orifice 9 de l'écran 3 dans toute la plage angulaire a. Le diamètre dl est de préférence choisi aussi petit que possible pour que le diamètre di corres- 25 ponde de préférence à la largeur de la plage angulaire a dans l'écran 3. De manière préférentielle, on tient également compte de la taille d2 du faisceau lumineux 4. De façon préférentielle, le laser 1 est installé de préfé- rence en position centrale devant le centre de l'orifice 9. Mais le laser 1 30 peut également être installé en position décalée. Le faisceau laser 4 émis par le laser 1 traverse l'orifice 9 de l'écran 3 et arrive au point d'impact 6 sur l'écran au phosphore 2. L'écran au phosphore 2 est excité au point d'impact 6 pour émettre de la lumière. Le basculement du faisceau laser 4 émis par le laser 1 dans la plage angulaire a permet de balayer ou d'éclairer une surface de dia- 3046832 6 mètre D sur l'écran au phosphore 2 par le laser 1 ; le diamètre D est de préférence compris entre 1 et 20 cm. L'invention n'est, toutefois, pas limitée à de telles dimensions. Le laser 1 peut balayer et ainsi éclairer une surface de forme quelconque sur l'écran au phosphore 2. 5 Dans la suite, on distingue entre l'émission de lumière dans le sens « arrière » et dans le sens « avant ». Le plan dans lequel se situe l'écran au phosphore 2 subdivise l'espace en deux demi-espaces. Emettre le faisceau laser dans la direction « arrière », signifie que le faisceau lumineux se développe dans le demi-espace dans lequel se trouve 10 le laser. Si le faisceau laser est émis dans la direction « avant », il se dé- veloppe dans l'autre demi espace qui ne contient pas le laser 1. L'écran 3 est muni d'une couche rétro-réfléchissante 3a. La couche rétro-réfléchissante 3a peut comporter notamment des réflecteurs formés par des triplets de miroirs. La couche rétro-réfléchissante 15 3a peut également comporter des lentilles de Lüneburg. La couche ré- tro-réfléchissante 3a comporte notamment des éléments en forme de billes ayant un côté arrière réfléchissant. La grandeur d'ouverture des différents éléments réflec- teurs des réflecteurs à triplets de miroirs est par exemple de l'ordre de 20 100 i_tm. Si la distance d3 entre l'écran 3 et l'écran au phosphore 2 est par exemple de 20 mm, alors le diamètre du disque d'Airy sur l'écran de phosphore 2 est de l'ordre de 280 i_tm. Ce disque d'Airy correspond de préférence sensiblement à la taille d2 du faisceau laser 4 émis. Toutes ces données numériques ne correspondent toutefois qu'à un exemple. 25 Le faisceau lumineux 5a émis dans la direction arrière rencontre la couche rétro-réfléchissante de l'écran 3. La couche rétro-réfléchissante réfléchit le faisceau laser 5a pratiquement dans une direction opposée à la direction d'incidence du faisceau 5a sur la couche rétro-réfléchissante 3a. Ce faisceau lumineux 5b, réfléchi, se propage 30 ainsi en direction du point d'impact 6 de l'écran au phosphore 2. Le faisceau lumineux réfléchi 5b peut également être transmis par l'écran au phosphore 2 et se développe alors dans la direction avant. Le faisceau lumineux réfléchi 5b peut toutefois également exciter l'écran au phosphore 2 pour émettre de la lumière, ce qui augmente ainsi le ren- 35 dement lumineux. 3046832 7 La partie totale du faisceau lumineux émis finalement dans la direction avant, c'est-à-dire le faisceau émis initialement dans la direction avant augmenté du faisceau réfléchi, peut correspondre à au moins 85% du rayonnement lumineux émis globalement par l'écran 5 au phosphore. Cette valeur numérique n'est toutefois citée qu'à titre d'exemple. L'invention n'est, pas limitée à la forme de réalisation ci-dessus. En particulier, l'écran 3 peut avoir plusieurs orifices. En outre, on peut insérer un ensemble d'éléments op- 10 tiques supplémentaires, notamment des lentilles devant/ou derrière l'écran au phosphore 2. La figure 2 montre un second mode de réalisation d'un dispositif de source lumineuse 20 selon l'invention. Alors que dans le premier mode de réalisation, l'écran 3 est écarté de l'écran au phos- 15 phore 2, c'est-à-dire séparé par la couche d'air, dans le second mode de réalisation, l'écran 3 et l'écran au phosphore 2 sont sur des côtés opposés d'un substrat 7. Le substrat 7 est notamment en verre ou en toute autre matière laissant passer la lumière, c'est-à-dire une matière transparente ou translucide. L'écran au phosphore 2 et l'écran 3 sont dans 20 ce cas fixés de préférence solidairement au substrat 7, notamment par collage ou par dépôt. La figure 3 montre une section d'un dispositif de source lumineuse 30. Le dispositif de source lumineuse 30 comporte un laser émettant un faisceau lumineux 4. Le laser 1 est de préférence un laser 25 à balayage qui émet le faisceau lumineux 4 dans la direction verticale dans une plage angulaire a en particulier par le basculement des micro-miroirs. Le chemin du faisceau du laser 1 comporte un écran au phosphore 2. L'écran au phosphore 2 est prévu sur le côté d'un substrat 7 à l'opposé du laser. Le substrat 7 comporte à cet effet un polarisateur 8 30 sous forme de grille filaire, c'est-à-dire une disposition de fils métal- liques, parallèles, offrant une bonne conductivité. Le faisceau lumineux 4 émis par le laser 1 est réalisé pour exciter l'écran au phosphore 2 pour émettre de la lumière. Le faisceau lumineux 5c émis dans la direction arrière peut être au moins partiellement réfléchi par le polarisateur 35 à grille filaire 8. Ce faisceau laser réfléchi 5d arrive de nouveau sur 3046832 8 l'écran au phosphore 2 et excite celui-ci pour émettre de nouveau de la lumière ou encore il est transmis à travers l'écran au phosphore 2 et se propage dans la direction avant. La lumière émise par l'écran au phosphore 2 est de façon générale polarisée de manière aléatoire, c'est-à-dire 5 qu'elle n'a pas de direction de polarisation particulière. Le faisceau lu- mineux 5c est transmis ou réfléchi, selon le type de polarisation par le polarisateur à grille filaire. Par exemple, la transmissibilité des composants à polarisation (p) du polarisateur à grille de fils peut être à environ 85% pour un angle d'incidence de l'ordre de 45°. La fraction des 10 composants réfléchis à polarisation (s) peut être évaluée à environ 85%. On peut ainsi prévoir qu'au moins 60% de la lumière sera finalement émise dans la direction avant. Ces valeurs numériques ne sont toutefois que des exemples. La figure 4 est une vue en section d'un dispositif de 15 source lumineuse 40 correspondant à un troisième mode de réalisation de la présente invention. Ce troisième mode de réalisation se distingue du second mode de réalisation présenté à la figure 2 en ce qu'entre l'écran au phosphore 2 et l'écran 3, le substrat 8 est réalisé sous la forme d'un polarisateur 8 à grille filaire, analogue au dispositif de 20 source lumineuse 30 de la figure 3. Le polarisateur à grille filaire 8 peut réfléchir le faisceau lumineux 5c qui est émis en direction arrière. Un tel faisceau lumineux 5d, réfléchi, est transmis à travers l'écran au phosphore 2 ou excite l'écran au phosphore 2 pour émettre de nouveau de la lumière. 25 La figure 5 montre une vue en section d'un dispositif de source lumineuse 50 correspondant à un quatrième mode de réalisation de la présente invention. Ce quatrième mode de réalisation diffère du troisième mode de réalisation de la figure 4 en ce que la distance d3 entre l'écran 3 et l'écran au phosphore 2 est plus grande que l'épaisseur 30 d4 du substrat 7 comportant le polarisateur à grille filaire 8. L'écran 3 est ainsi écarté du substrat 7. La figure 6 est une vue en section d'un projecteur de vé- hicule 60 comportant un dispositif de source lumineuse 10 selon le premier mode de réalisation. Le projecteur de véhicule 60 comporte un 35 boîtier 51 et l'écran au phosphore 2 est installé dans une ouverture du 3046832 9 boîtier 51. L'écran au phosphore 2 est protégé contre l'influence de l'environnement par une couverture 52. La couverture 52 comporte un système de lentille pour diriger la lumière émise par l'écran au phosphore 2, selon certains angles, vers l'extérieur. Le laser 1 est installé 5 pour que le faisceau lumineux émis 4 traversant l'orifice 9 de l'écran 3 arrive sur l'écran au phosphore 2 et rayonne vers l'extérieur à partir de l'écran au phosphore 2 dans la direction avant en se propageant à travers la couverture 10 du projecteur de véhicule 60. L'invention n'est pas limitée à cette forme de réalisation 10 et permet également d'autres formes de réalisation du dispositif de source lumineuse pour les projecteurs de véhicule 60. La figure 7 montre un ordinogramme très simplifié ser- vant à décrire le procédé de fabrication d'un dispositif de source lumineuse, selon la présente invention. 15 Selon une première étape de procédé 51, on installe un écran au phosphore 2 dans le chemin du faisceau d'un laser 1 notamment d'un laser à balayage. Le laser 1 est de préférence réalisé pour émettre un faisceau lumineux 4 dans une plage angulaire a. Dans une seconde étape de procédé S2, on installe un écran 3 entre le laser 1 et 20 l'écran au phosphore 2. Dans une troisième étape S3, on réalise dans l'écran 3 au moins un orifice 9 pour le passage du faisceau lumineux 4 émis par le laser 1. De façon préférentielle, on réalise un ensemble d'orifices dans l'écran 3. Le diamètre dl de l'orifice 9 de l'écran 3 correspond de préférence pour l'essentiel à la taille d2 du faisceau lumineux 4 25 émis par le laser 1. Le faisceau lumineux 4 émis par le laser 1 peut tra- verser au moins l'un des orifices et arriver au point d'impact 6 sur l'écran au phosphore 2. L'écran au phosphore 2 est ainsi excité pour émettre de la lumière. Dans une quatrième étape S4 du procédé, on réalise une 30 couche rétro-réfléchissante 3a sur l'écran 3. La couche rétro- réfléchissante 3a est faite pour que la lumière émise en direction arrière par l'écran au phosphore 2 rencontre la couche réfléchissante 3a pour y être réfléchi. 35 3046832 10 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Laser 2 Ecran au phosphore 5 3 Ecran 3a Couche rétro-réfléchissante 4 Faisceau lumineux 5a Faisceau lumineux réfléchi 5b Faisceau lumineux réfléchi 10 5c Faisceau lumineux 5d Faisceau lumineux 6 Point d'impact du faisceau laser sur l'écran au phosphore 7 Substrat 8 Polarisateur à grille filaire 15 9 Orifice dans l'écran 10 Dispositif de source lumineuse 20 Dispositif de source lumineuse 30 Dispositif de source lumineuse 51 Boîtier 20 52 Couverture 60 Projecteur de véhicule a Plage angulaire balayée par le faisceau laser D Diamètre de la surface du faisceau laser sur l'écran au phosphore dl Diamètre de l'orifice réalisé dans l'écran 25 d3 Distance entre l'écran et l'écran au phosphore 30 REVENDICATIONS1°) Dispositif de source lumineuse (10, 20, 40, 50) comportant : un laser (1) pour émettre un faisceau lumineux (4), un écran au phosphore (2) installé dans le chemin du faisceau du laser (1), un écran (3) entre le laser (1) et l'écran au phosphore (2), - l'écran (3) comportant au moins un orifice dans le chemin du faisceau du laser (1) pour laisser passer le faisceau lumineux (4) émis par le laser (1), - le faisceau lumineux (4) émis par le laser (1) étant réalisé pour ex- citer l'écran au phosphore (2) pour émettre de la lumière (5a, 5c), et - l'écran (3) a une couche (3a) rétro-réfléchissante pour réfléchir la lumière (5a) émise par l'écran au phosphore (2). 2°) Dispositif de source lumineuse (10, 20, 40, 50), selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran (3) est écarté de l'écran au phosphore (2) de la distance (d3). 3°) Dispositif de source lumineuse (10, 20, 40, 50), selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche rétro-réfléchissante (3a) comporte des réflecteurs formés par des triplets de miroirs. 4°) Dispositif de source lumineuse (20, 40, 50), selon l'une des revendications 1 à 3, comportant, un substrat (7) notamment en verre et l'écran (3) et l'écran au phos- phore (2) sont sur les faces opposées du substrat (7). 5°) Dispositif de source lumineuse (40, 50), selon la revendication 4, caractérisé en ce que le substrat (7) comporte un polarisateur à grille filaire (8). 3046832 12 6°) Dispositif de source lumineuse (10, 20, 40, 50), selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le laser (1) est un laser à balayage pour émettre un faisceau lumineux 5 (4) dans une plage angulaire (a), et - le diamètre (di) d'au moins un orifice de l'écran (3) est choisi pour correspondre pratiquement à la largeur de la plage angulaire (a) sur l'écran (3). 10 7°) Projecteur de véhicule (60) comportant au moins un dispositif de source lumineuse (10, 20, 40, 50), selon l'une des revendications 1 à 6, comportant, - un laser (1) pour émettre un faisceau lumineux (4), - un écran au phosphore (2) installé dans le chemin du faisceau du 15 laser (1), - un écran (3) entre le laser (1) et l'écran au phosphore (2), - l'écran (3) comportant au moins un orifice dans le chemin du faisceau du laser (1) pour laisser passer le faisceau lumineux (4) émis par le laser (1), 20 - le faisceau lumineux (4) émis par le laser (1) étant réalisé pour ex- citer l'écran au phosphore (2) pour émettre de la lumière (5a, 5c), et - l'écran (3) a une couche (3a) rétro-réfléchissante pour réfléchir la lumière (5a) émise par l'écran au phosphore (2). 25 8°) Procédé de fabrication d'un dispositif de source lumineuse (10, 20, 40, 50), consistant à : - installer (S1) un écran au phosphore (2) dans le chemin du faisceau d'un laser (1), 30 - disposer (S3) un écran (3) entre le laser (1) et l'écran au phosphore (2), - réaliser (S3) au moins un orifice dans l'écran (3) pour laisser passer le faisceau lumineux (4) émis par le laser (1) pour que le faisceau laser (4) émis par le laser (1) arrive sur l'écran phosphore (2) et excite 35 l'écran au phosphore (2) pour émettre de la lumière (5a, 5c), et 3046832 13 - réaliser (S4) une couche rétro-réfléchissante (3a) sur l'écran (3) pour réfléchir la lumière (5a) émise par l'écran au phosphore (2). 5