Brevet FR3066285A1 — publié le 20181116

DISPOSITIF LUMINEUX AVEC IMAGEUR ECLAIRÉ PAR FIBRE OPTIQUE DE SECTION RECTANGULAIRE L'invention a trait au domaine de l'éclairage et de la signalisation lumineuse, notamment pour véhicule automobile. Le document de brevet publié sous le numéro WO 2016/050503 Al divulgue un dispositif de signalisation lumineuse pour véhicule automobile, configuré pour afficher un pictogramme sur une zone d'un écran d'affichage en transmission. L'écran correspond à une glace de fermeture du boîtier du dispositif. Le pictogramme est produit par un premier module lumineux pouvant comprendre un microsystème électromécanique à matrice de miroirs apte à être commandé et produire différents pictogrammes. La source lumineuse du premier module est du type laser ou diode à électroluminescence. Le module peut comprendre des moyens de collimation entre la source lumineuse et l'imageur, ainsi qu'un système optique de focalisation entre l'imageur et l'écran, en vue d'obtenir une image nette du pictogramme. De tels moyens sont cependant coûteux et sujets à imperfections. Le dispositif peut également comprendre un deuxième module lumineux configuré pour éclairer une autre zone de l'écran d'affichage, distincte de la zone affichant le pictogramme. Un tel dispositif est intéressant en ce qu'il combine plusieurs fonctions de signalisation lumineuse dans un même dispositif, une des fonctions de signalisation lumineuse comprenant l'affichage de pictogramme. Le document de brevet publié EP 1 793 261 Al divulgue un dispositif lumineux configuré pour afficher des pictogrammes sur un écran photoluminescent. Un tel dispositif a pour application principale l'affichage de pictogrammes dans le champ de vision du conducteur d'un véhicule, le pare-brise du véhicule formant alors l'écran photoluminescent. Une telle application étant couramment désignée « affichage tête haute ». Cet enseignement n'est pas conséquent pas adapté pour l'affichage d'images lumineuses à l'attention de personnes aux alentours du véhicule, comme notamment depuis un feu arrière. L'invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l'état de la 30 technique susmentionné. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de permettre un affichage d'image lumineuse, telle qu'un pictogramme, qui soit nette et ce avec des moyens simples et peu coûteux. 3066285 2 L'invention a pour objet un module lumineux comprenant une surface éclairante apte à former un faisceau lumineux ; un imageur rectangulaire apte à former une image lumineuse à partir du faisceau lumineux émis par la surface éclairante ; remarquable en ce que le module comprend une fibre optique avec un coeur de section 5 rectangulaire et, à une première extrémité, une face d'entrée de lumière émise par une source lumineuse et, à une seconde extrémité, une face de sortie de lumière formant la surface éclairante. Avantageusement, la surface éclairante est inférieure ou égale à 0,04mm2. Selon un mode avantageux de l'invention, la section rectangulaire du coeur de la 10 fibre optique présente une largeur et une longueur, au moins une desdites largeur et longueur étant inférieure ou égale à 200 pm et/ou supérieure ou égale à 50 ilm. Selon un mode avantageux de l'invention, la fibre optique présente une longueur, depuis la face d'entrée jusqu'à la face de sortie, qui est supérieure ou égale à 100mm. 15 Selon un mode avantageux de l'invention, l'imageur est à commande électrique. Selon un mode avantageux de l'invention, l'imageur est un imageur LCD transmissif. Selon un mode avantageux de l'invention, l'imageur est un microsystème électromécanique formant une matrice de micro-miroirs pivotant entre deux positions. 20 Avantageusement, l'imageur présente un format 4 :3 ou 16 :9. Avantageusement, l'image lumineuse est un pictogramme, c'est-à-dire une représentation graphique schématique, plus particulièrement un dessin figuratif stylisé ayant fonction de signe, tel qu'une flèche, un point d'exclamation, etc. Selon un mode avantageux de l'invention, le module comprend, en outre, une lentille 25 ou un miroir, disposé(e) optiquement entre la surface éclairante et l'imageur. Selon un mode avantageux de l'invention, la lentille ou le miroir est anamorphique et configuré pour que le faisceau émis par la surface éclairante couvre plus de 90% de la surface active de l'imageur. Par surface active, on entend la surface participant à la formation de l'image lumineuse. 3066285 3 Selon un mode avantageux de l'invention, la lentille est divergente, l'angle d'incidence maximal du faisceau lumineux émis par la surface éclairante, sur l'imageur, étant inférieur ou égal à 300 . Selon un mode avantageux de l'invention, la fibre optique présente une ouverture 5 numérique comprise entre 0,12 et 0,2. Selon un mode avantageux de l'invention, le module comprend, en outre, au moins un miroir disposé optiquement entre la surface éclairante et l'imageur. Selon un mode avantageux de l'invention, le module comprend, en outre, un premier miroir et un deuxième miroir, disposés optiquement entre la surface éclairante et 10 l'imageur de manière à replier le faisceau lumineux émis par la surface éclairante d'un angle compris entre 150° et 210°, préférentiellement entre 170° et 190°. L'invention a également pour objet un dispositif lumineux comprenant un module lumineux apte à former une image lumineuse, et un écran de projection de l'image lumineuse, remarquable en ce que le module lumineux est selon l'invention. 15 Selon un mode avantageux de l'invention, l'écran de projection est diffusant de manière à diffuser l'image lumineuse depuis la face dudit écran opposée à la face recevant l'image lumineuse du module lumineux. Selon un mode avantageux de l'invention, l'écran de projection est non diffusant de manière à permettre au module lumineux de projeter l'image lumineuse sur une 20 surface extérieure au dispositif. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent d'afficher une image lumineuse notamment variable, avec une grande netteté et avec une construction simple du module lumineux. Elles permettent en particulier d'éclairer la totalité ou quasi-totalité de la surface active d'un imageur rectangulaire. Elles 25 permettent également de déporter la ou les sources lumineuses, y compris leur alimentation et leur gestion thermique. Les sections rectangulaires des coeurs de fibres optiques disponibles commercialement sont habituellement carrées ou avec un format longueur/largeur de 2 :1 ; l'utilisation d'une lentille ou d'un miroir anamorphique permet de déformer l'image lumineuse de manière à en modifier le format, comme par exemple de passer d'un format carré à un format du type 4 :3 ou 3066285 4 encore 16 :9 courant sur les imageurs notamment du type dalle à cristaux liquides (LCD). L'utilisation d'un système optique divergeant, entre la face éclairante et l'imageur permet d'ouvrir le faisceau lumineux et, partant, de raccourcir le trajet optique, toute en limitant l'angle d'incidence sur l'imageur. Cet angle est 5 avantageusement inférieur ou égal à 300 pour un imageur du type dalle à cristaux liquides. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - La figure 1 illustre de manière schématique un module lumineux selon un 10 premier mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2 illustre le principe de fonctionnement optique d'une fibre optique, telle que celle du module lumineux de la figure 1 ; - La figure 3 illustre en coupe deux types de fibre optique pour un module lumineux conforme à l'invention ; 15 - La figure 4 illustre un changement de format d'image en utilisant une lentille anamorphique dans un module lumineux selon l'invention ; - La figure 5 illustre de manière schématique un module lumineux selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre un module lumineux selon un premier mode de réalisation de 20 l'invention. Le module 2 comprend, essentiellement, une source lumineuse 4, comme par exemple du type diode à électroluminescence, une lentille convergente 6, telle que du type biconvexe, une fibre optique 8, une lentille divergente 10, un imageur 12 et un écran 14. Plus spécifiquement, la fibre optique 8 comprend une face d'entrée 8.1 25 et une face de sortie 8.2 de la lumière. La lumière émise par la source lumineuse 4 forme un cône de lumière divergent éclairant la lentille 6. Celle-ci fait converger le faisceau lumineux vers la face d'entrée 8.1 de la fibre optique 8. La lumière se propage alors à l'intérieur de la fibre optique 8, par réflexions successives sur le dioptre formé à la surface extérieure du coeur de la fibre. Les rayons lumineux 30 sortent ensuite de la fibre optique 8 par la face de sortie 8.2, en formant un cône lumineux divergent. Une lentille 10 peut être disposée de manière à ouvrir le faisceau en augmentant son angle de divergence. Le faisceau lumineux ainsi 3066285 5 éventuellement élargi éclaire l'imageur 12. Ce dernier peut notamment être un écran transmissif à cristaux liquides, apte à être commandé électriquement de manière à modifier le faisceau lumineux le traversant. Ce dernier éclaire alors l'écran 14 en vue d'y afficher une image lumineuse, telle qu'un pictogramme. 5 La face de sortie de la fibre optique 8, formant une face éclairante, la lentille 10, l'imageur 12 et l'écran sont avantageusement alignés suivant l'axe optique 16 du module lumineux 2. Le coeur de la fibre optique 8 présente une section rectangulaire de manière à ce que les rayons lumineux, rentrés dans la fibre par la face d'entrée 8.1 et au fur et à 10 mesure de leur propagation le long de ladite fibre de section rectangulaire, forment un faisceau lumineux de section rectangulaire. A cet effet, la fibre peut présenter une longueur suffisante, comme par exemple supérieure ou égale à 100mm, pour assurer une mise en forme rectangulaire satisfaisante du faisceau lumineux. Le faisceau lumineux émis par la face de sortie 8.2 présente alors une section 15 rectangulaire, ce qui lui permet d'éclairer de manière optimale l'imageur 12 qui est lui aussi rectangulaire. L'image lumineuse produite ainsi sur l'écran 14 peut ainsi être réalisée en exploitant au maximum la surface active de l'imageur 12. La section réduite de la face de sortie de la fibre optique rend ladite face assimilable à une source lumineuse ponctuelle, ce qui est particulièrement avantageux d'un 20 point de vue optique. Cela signifie que l'image lumineuse produite par l'imageur et projetée sur l'écran est essentiellement nette sans devoir recourir à des moyens optiques de correction. La figure 2 illustre de manière plus détaillée le principe de la fibre optique 8 du module lumineux 2 de la figue 22. On peut observer que la fibre optique 8 présente 25 au niveau de la face d'entrée 8.1 un cône d'acceptation de la lumière, représenté par deux traits interrompus et formant un angle 2emax. Les rayons de lumière rencontrant la face d'entrée 8.1 avec des angles d'incidence inférieurs ou égaux à ceux du cône d'acceptation vont subir au niveau du dioptre 8.3 sur la surface extérieure du coeur de la fibre optique 8 des réflexions successives par le principe de réflexion totale. La 30 fibre optique comprend avantageusement un coeur 8.4 en matériau transparent ou translucide, entourée d'une gaine 8.5 également en matériau transparent ou translucide. Le coeur 8.4 de la fibre 8 a un indice de réfraction légèrement plus élevé 3066285 6 (différence de quelques dixièmes, centièmes ou millièmes) que la gaine 8.5 et peut donc confiner la lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l'interface entre les deux matériaux (en raison du phénomène de réflexion totale interne). L'ensemble est généralement recouvert d'une gaine plastique de protection 5 (non représentée). Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une fibre optique à l'une de ses extrémités avec un angle adéquat, il subit de multiples réflexions totales internes. Ce rayon se propage alors jusqu'à l'autre extrémité de la fibre optique quasiment sans perte, en empruntant un parcours en zigzag. La propagation de la lumière dans la fibre peut se faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est 10 courbée. Une fibre optique est souvent décrite selon deux paramètres : - la différence d'indice normalisé, qui donne une mesure du saut d'indice entre le coeur et la gaine : A= ncn-nfl, où nc est l'indice de réfraction du coeur, et ng celui de la gaine ; et 15 - l'ouverture numérique de la fibre (« numerical aperture » en anglais), qui est concrètement le sinus de l'angle d'entrée maximal de la lumière dans la fibre pour que la lumière puisse être guidée sans perte, mesuré par rapport à l'axe de la fibre. L'ouverture numérique O.N. est égale à sin Om' = .'iri. - n'29. La figure 3 illustre en section transversale deux configurations possible de la fibre 20 optique 8. A gauche, le coeur 8.4 de la fibre 8 présente une section carrée, c'est-à- dire une section rectangulaire où la largeur I est égale à la longueur L. A droite, le coeur 8.4' de la fibre 8' présente une section rectangulaire non carrée, c'est-à-dire où la largeur / est inférieure à la longueur L. Les gaines 8.5 et 8.5' épousent le coeur 8.5 et 8.5', respectivement, et présentent avantageusement une surface extérieure 25 circulaire. De telles fibres optiques sont commercialement disponibles auprès de la société Mitsubishi Cable Industries Ltd, notamment les fibres du type « THFO Square Core Optical Fiber ». Elles présentent une ouverture numérique O.N. comprise entre 0,12 et 0,2. La section du coeur présente des dimensions (largeur et longueur) 30 supérieures ou égales à 50 pm et/ou inférieures ou égales à 200 ilm. 3066285 7 L'angle maximal emax, avec l'axe optique, des rayons lumineux sortant de la face de sortie 8.2 de la fibre optique est assez faible, en l'occurrence compris entre 7° et 11.5° environ pour des ouvertures numériques comprises entre 0,12 et 0,2. L'utilisation d'une lentille divergente, telle que la lentille 10 (figure 1) est intéressante 5 car elle permet d'ouvrir le faisceau lumineux et, partant, de diminuer le trajet optique. La figure 4 illustre de manière schématique le changement de format d'image lumineuse que peut apporter l'utilisation d'une lentille anamorphique. A titre d'exemple, la fibre 8 à coeur de section rectangulaire émet au niveau de sa face de sortie 8.2 un faisceau lumineux de section généralement carrée. Or la plupart des 10 imageurs, tels que les dalles transmissives à cristaux liquides, présentent un format d'image différent d'un carré, comme notamment un format 4 :3 ou encore 16 :9. Une lentille anamorphique telle que la lentille 10' permet ainsi de déformer le faisceau lumineux pour s'adapter au format de l'imageur et ainsi éclairer la totalité ou quasi-totalité de sa surface active. 15 La figure 5 illustre un module lumineux selon un premier mode de réalisation de l'invention. Les numéros de référence de la figure 1 sont utilisés pour désigner les éléments identiques ou correspondants, ces numéros étant toutefois majorés de 100. Il est par ailleurs fait référence à la description de ces éléments en relation avec le premier mode de réalisation et les figures 1 à 4. Des numéros de référence 20 spécifiques compris entre 100 et 200 sont utilisés pour désigner les éléments spécifiques à ce mode de réalisation. Le module lumineux 102 de la figure 5 diffère de celui de la figure 1, essentiellement en ce qu'il comprend deux miroirs 111.1 et 111.2 disposés entre la lentille 110 et l'imageur 112. Ces deux miroirs permettent de replier le faisceau lumineux et ainsi 25 de gagner en compacité puisque le faisceau lumineux réfléchi par le deuxième miroir 111.2 se propage suivant un axe optique 116.3 qui est généralement parallèle à l'axe optique 116.1 alignant la face de sortie 108.2, la lentille 110 et le premier miroir 116.1. Le faisceau lumineux replié par le premier miroir 116.1 se propage vers le deuxième miroir 116.2 suivant l'axe optique 116.2. 30 II est intéressant de noter que la fibre optique 108 peut subir des flexions sans pour autant que la propagation des rayons lumineux au sein de ladite fibre soit perturbée. Cela confère alors une certaine liberté quant à l'emplacement de la ou des sources 3066285 8 lumineuses 104. Les problèmes d'alimentation électrique et/ou de dissipation thermique peuvent alors être déportés à distance du module. Il est même envisageable de mutualiser une ou plusieurs sources lumineuses auprès de plusieurs modules lumineux. Il est entendu que ce qui vient d'être détaillé ci-avant 5 s'applique également au premier mode de réalisation, cette aptitude étant intrinsèque à la fibre optique. De manière générale et à titre d'exemple, l'imageur peut être une dalle monochrome à cristaux liquides du type TFT (Thin-Film Transistor) de 3,5 pouces (71mm x 53mm), disponible dans le commerce. L'écran peut présenter une dimension utile de 10 90mm x 60mm. Il est cependant à noter que l'imageur peut également être un imageur travaillant en réflexion, comme notamment un microsystème électromécanique (MEMS, acronyme de « Microelectromechanical systems ») formant une matrice de micro miroirs pivotant entre deux positions. De manière générale, l'écran 14 peut être transparent et diffusant de manière à 15 afficher l'image lumineuse sur la face opposée à celle recevant le faisceau lumineux depuis l'imageur. Alternativement, l'écran peut être transparent et non diffusant de manière à projeter l'image lumineuse sur un écran distinct de l'écran 14, comme par exemple une surface extérieure du module lumineux. REVENDICATIONS1. Module lumineux (2 ; 102) comprenant : - une surface éclairante (8.2 ; 108.2) apte à former un faisceau lumineux ; - un imageur rectangulaire (12; 112) apte à former une image lumineuse à partir du faisceau lumineux émis par la surface éclairante (8.2 ; 108.2) ; caractérisé en ce que le module comprend : - une fibre optique (8; 108) avec un coeur (8.4; 8.4') de section rectangulaire et, à une première extrémité, une face d'entrée (8.1 ; 108.1) de lumière émise par une source lumineuse (4 ; 104) et, à une seconde extrémité, une face de sortie (8.2 ; 108.2) de lumière formant la surface éclairante. 2. Module lumineux (2 ; 102) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section rectangulaire du coeur (8.4 ; 8.4') de la fibre optique (8 ; 108) présente une largeur (I) et une longueur (L), au moins une desdites largeur (I) et longueur (L) étant inférieure ou égale à 200 pm et/ou supérieure ou égale à 50 pm. 3. Module lumineux (2 ; 102) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la fibre optique présente une longueur, depuis la face d'entrée (8.1 ; 108.1) jusqu'à la face de sortie (8.2 ; 108.2), qui est supérieure ou égale à 100mm. 4. Module lumineux (2 ; 102) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'imageur (12 ; 112) est à commande électrique. 5. Module lumineux (2 ; 102) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'imageur est un imageur LCD transmissif (12 ; 112). 6. Module lumineux selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'imageur est un microsystème électromécanique formant une matrice de micro-miroirs pivotant entre deux positions. 7. Module lumineux (2 ; 102) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit module comprend, en outre, une lentille (10 ; 10'; 110) ou un 3066285 10 miroir disposé(e) optiquement entre la surface éclairante (8.2 ; 108.2) et l'imageur (12; 112). 8. Module lumineux (2) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la lentille (10') ou le miroir est anamorphique et configurée pour que le faisceau émis 5 par la surface éclairante couvre plus de 90% de la surface active de l'imageur (12). 9. Module lumineux (2 ; 102) selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la lentille (10 ; 10' ; 110) est divergente, l'angle d'incidence maximal du faisceau lumineux émis par la surface éclairante (8.2 ; 108.2), sur 10 l'imageur (12 ; 112), étant inférieur ou égal à 30°. 10. Module lumineux (2 ; 102) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la fibre optique (8 ; 108) présente une ouverture numérique comprise entre 0,12 et 0,2. 11. Module lumineux (102) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en 15 ce que ledit module comprend, en outre, au moins un miroir (111.1 ; 111.2) disposé optiquement entre la surface éclairante (108.2) et l'imageur (112). 12. Module lumineux (102) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit module comprend, en outre, un premier miroir (111.1) et un deuxième miroir (111.2) disposés optiquement entre la surface éclairante 20 (108.2) et l'imageur (112) de manière à replier le faisceau lumineux émis par la surface éclairante (108.2) d'un angle compris entre 150° et 210°, préférentiellement entre 170° et 190°. 13. Dispositif lumineux comprenant un module lumineux (2 ; 102) apte à former une image lumineuse, et un écran de projection (14; 114) de l'image 25 lumineuse, caractérisé en ce que le module lumineux (2 ; 102) est selon l'une des revendications 1 à 12. 14. Dispositif lumineux selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'écran de projection (14; 114) est diffusant de manière à diffuser l'image lumineuse depuis la face dudit écran opposée à la face recevant l'image lumineuse du module lumineux. 3066285 11 15. Dispositif lumineux selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'écran de projection (14 ; 114) est non diffusant de manière à permettre au module lumineux de projeter l'image lumineuse sur une surface extérieure au dispositif. 5