Brevet FR3074256A1 — publié le 20190531

Dispositif optique de projection de faisceau lumineux segmenté muni d'un système optique de formation de segments lumineux. La présente invention concerne un dispositif optique de projection de faisceau lumineux segmenté ou pixellisé muni d'un système optique de formation de segments lumineux, notamment pour véhicule automobile. L'invention concerne également un module optique pour projecteur de faisceau lumineux, de type feu de croisement ou feu de route, muni d'un tel dispositif optique de projection. Les projecteurs de véhicule automobile sont munis d'un ou de plusieurs modules optiques agencés dans un boîtier fermé par une glace de manière à obtenir un ou plusieurs faisceaux lumineux à la sortie du projecteur. De façon simplifiée, un module optique du boîtier comprend notamment une source de lumière, par exemple une (ou plusieurs) diode(s) électroluminescente(s), qui émet des rayons lumineux, et un système optique comportant une ou plusieurs lentilles et, le cas échéant un réflecteur, pour orienter les rayons lumineux issus de la source lumineuse afin de former le faisceau lumineux de sortie du module optique. On sait que certains projecteurs de véhicule automobile sont capables de faire varier l'orientation du faisceau lumineux en fonction des besoins du conducteur du véhicule. Ainsi, lorsque le véhicule effectue un virage, un système électronique à bord du véhicule commande une modification de l'orientation du faisceau lumineux afin de l'adapter au champ de vision du conducteur pendant la manoeuvre. Le projecteur déplace alors l'axe du faisceau lumineux dans le sens de rotation du véhicule afin d'éclairer la route plutôt que de projeter le faisceau tout droit. 2 D'autres projecteurs connus peuvent remplir les fonctions de feux de croisement et de feux de route, avec la même source de lumière. A cette fin, les projecteurs utilisent des moyens mécaniques qui déplacent un élément, appelée plieuse, pour couper une partie du faisceau. En outre, il existe aussi 5 un éclairage de type feu de croisement conçu pour autoroute, dont le faisceau passe légèrement au-dessus de la coupure du faisceau du feu de croisement usuel afin d'améliorer la visibilité de la route lorsque le véhicule se déplace sur autoroute. 10 Ainsi, on souhaite pouvoir contrôler les rayons lumineux émis par la source pour modifier les dimensions du faisceau lumineux qui sort du projecteur et parvenir à effectuer toutes les fonctions mentionnées précédemment. 15 Pour y parvenir, le document DE 102008 061 556 décrit un dispositif d'éclairage muni d'une matrice de diodes électroluminescentes, chaque diode étant adressable individuellement indépendamment les unes des autres. Les diodes sont disposées les unes à côté des autres, chaque diode émettant une composante du faisceau lumineux sortant du projecteur. Ce dispositif permet 20 ainsi de contrôler les dimensions du faisceau lumineux en activant une partie des diodes électroluminescentes correspondant à la taille du faisceau souhaité. Ainsi, le faisceau produit par le dispositif est segmenté ou pixellisé de sorte que chaque segment ou pixel du faisceau peut être allumé en activant la diode correspondante. On appelle faisceau segmenté ou pixellisé, 25 un faisceau dont la projection forme une marque composée de segments de faisceau, chaque segment ou pixel étant allumé de manière indépendante. Cependant, on veut d'une part obtenir des segments lumineux ayant des dimensions et des formes particulières, par exemple en forme de bandes 30 verticales pour certains et des formes plus petites pour d'autres. D'autre part, on veut que les segments lumineux du faisceau soient bien définis, c'est-à- 3 dire que les contours de chaque segment soient bien définis, et qu'ils puissent aussi avoir des distributions d'intensité lumineuses différentes d'un segment à l'autre. Autrement dit, on cherche à avoir certains segments lumineux avec un éclairage homogène, et d'autres segments lumineux avec un éclairage dont 5 l'intensité varie, par exemple d'un bord à l'autre du segment. Ces différences d'intensité lumineuse entre les segments lumineux du faisceau d'un feu répondent notamment à des réglementations sur les projecteurs de véhicule automobile. 10 De plus, dans les systèmes d'éclairage actuels, une résolution accrue du faisceau est demandée, les besoins en nombre de segments lumineux étant donc importants. Ainsi, le nombre de sources lumineuses, qui peut aller de 100 à 600, doit être élevé pour répondre à cette nécessité. 15 L'invention vise donc à obtenir un dispositif optique, qui soit configuré pour avoir les caractéristiques précitées. Pour cela, l'invention concerne un dispositif optique de projection de faisceau lumineux segmenté, notamment pour véhicule automobile, 20 caractérisé en ce qu'il comprend en amont selon un axe optique du dispositif, une matrice de sources de lumière aptes à émettre des rayons lumineux, et en aval un système optique primaire muni d'une première et d'une deuxième série d'optiques convergentes, la deuxième série d'optiques convergentes étant en aval de la première série, la première série d'optiques étant 25 configurée pour répartir les rayons lumineux provenant des sources lumineuses sur les optiques de la deuxième série de manière à ce qu'une optique de la première série distribue les rayons lumineux qui la traversent sur une optique de la deuxième série en adaptant la distribution lumineuse aux dimensions de l'optique de la deuxième série, les optiques de la deuxième 30 série étant configurées pour diriger les rayons lumineux provenant de la 4 première série d'optiques du dispositif vers des moyens de projection de manière à former chacune un segment du faisceau lumineux segmenté. Ainsi, l'invention permet de donner une dimension spécifique, non 5 seulement au faisceau entier, mais aussi à chaque segment lumineux du faisceau, afin d'obtenir par exemple des segments lumineux en forme de bande lumineuse. En effet, grâce à la première série d'optique, on peut dimensionner la distribution des rayons lumineux pour l'adapter aux dimensions des optiques de la deuxième série. La deuxième série d'optiques 10 peut donc transmettre les rayons lumineux en obtenant des pixel aux dimensions voulues, tout en ayant des bords de segments lumineux bien définis, et donc une résolution améliorée du faisceau segmenté. En outre, il est possible d'agir sur la variation d'intensité lumineuse de 15 chaque pixel, par exemple en générant un éclairage homogène du pixel, ou bien en faisant varier l'intensité de la lumière à l'intérieur du pixel pour accentuer ou diminuer certaines parties du pixel. Cela est notamment obtenu grâce à la configuration des optiques de la première série. 20 Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : - des optiques de la première série sont configurées pour distribuer les rayons lumineux de manière à obtenir une densité de distribution d'intensité lumineuse homogène sur l'optique 25 correspondante de la deuxième série, - des optiques de la première série sont configurées pour distribuer les rayons lumineux de manière à obtenir une densité de distribution d'intensité lumineuse variable sur l'optique correspondante de la deuxième série, 5 - la deuxième série d'optiques est configurée pour transmettre les rayons lumineux en conservant sensiblement ladite densité de distribution d'intensité lumineuse des rayons lumineux, - le système primaire optique comprend une optique de la première 5 série et une optique de la deuxième série pour chaque source de lumière de la matrice, - une source lumineuse, une optique de la première série et une optique de la deuxième série sont centrées sur un même axe optique, 10 - les optiques de la première série sont des lentilles biconvexes formant un premier élément ayant une forme de matrice de minilentilles, - les optiques convergentes de la deuxième série sont des dioptres d'entrée convexes, 15 - le système primaire optique comprend un deuxième élément fait d'une même matière et muni de la deuxième série d'optiques, - les dioptres d'entrée de la deuxième série d'optiques forment une matrice de dioptres, - le deuxième élément comporte un dioptre de sortie unique pour 20 toutes les optiques de la deuxième série, - le dioptre de sortie est sensiblement sphérique pour corriger les aberrations optiques de champ, dont la courbure de champ, - le système optique est configuré pour former un faisceau lumineux dont les segments lumineux sont sensiblement adjacents, 25 - les segments lumineux du centre du faisceau ont une distribution d'intensité lumineuse homogène, - les segments lumineux des bords du faisceau ont une distribution d'intensité lumineuse diminuant progressivement, - les sources primaires de lumière sont des diodes 30 électroluminescentes. 6 L'invention se rapporte également à un module optique pour projecteur de véhicule automobile, comprenant un tel dispositif de projection et des moyens des moyens de projection, tels une lentille de projection ou un réflecteur, disposés en aval du système optique, les moyens de projection 5 étant aptes à projeter le faisceau lumineux segmenté. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints : 10 - la figure 1 illustrant de façon schématique, une vue de côté d'un mode de réalisation d'un module optique pour projecteur de véhicule automobile selon l'invention, - la figure 2 illustrant de façon schématique, un exemple de projection d'un faisceau segmenté obtenu avec un module optique 15 selon l'invention. La figure 1 montre un mode de réalisation d'un module optique 1 de projection de faisceau lumineux, notamment pour véhicule automobile. Le module 1 comprend d'amont en aval dans le sens de propagation des rayons 20 lumineux selon l'axe optique 15, une matrice 2 de sources primaires 8 de lumière aptes à émettre des rayons lumineux, un système primaire optique 4 qui transmet les rayons lumineux, et des moyens de projection configurés pour projeter un faisceau lumineux à partir des rayons lumineux incidents transmis par le système primaire optique 4. 25 Sur la figure 1, les moyens de projection sont une lentille de projection 3 unique. Les moyens de projection pourraient néanmoins être munis de plusieurs lentilles, de plusieurs réflecteurs, ou encore d'une combinaison d'une ou plusieurs lentilles et/ou d'un ou plusieurs réflecteurs. Les sources 30 primaires 8 de lumière sont par exemple des diodes électroluminescentes 7 formant un réseau sur la matrice 2. Ces matrices 2 de diodes électroluminescentes sont connues et accessibles dans le commerce. Le système primaire optique 4 a pour fonction de transmettre des 5 rayons lumineux des diodes de sorte que, combiné aux moyens formant lentille 3, le faisceau projeté en dehors du module, par exemple sur la route, soit segmenté. A cette fin, le système primaire optique 4 est muni d'une première série d'optiques convergentes 5, qui sont ici des mini-lentilles bi convexes, chaque mini-lentille étant disposée devant une source primaire de 10 lumière. L'ensemble des mini-lentilles forme un premier élément 7 du système optique qui s'apparente à une matrice de mini-lentilles, les mini-lentilles étant liées et maintenues entre elles. Le système primaire optique 4 est également muni d'une deuxième série d'optiques convergentes 6, qui sont de préférence des mini-dioptres 15 d'entrée convergents. Ici, les mini-dioptres d'entrée présentent une surface convexe, c'est-à-dire qu'ils sont bombés vers l'extérieur, en direction des sources 8. Un mini-dioptre d'entrée est avantageusement disposé en aval de chaque source de lumière 8, c'est-à-dire de chaque diode électroluminescente de la matrice 2, comme montré sur la figure 1. Les mini-dioptres d'entrée 20 forment également ici une matrice de dioptres. Dans le cadre de la présente invention, on désigne par mini-dioptre des dioptres dont les dimensions externes sont inférieures ou égales à 5 fois et supérieures ou égales à 1 fois les dimensions de la source primaire de 25 lumière associée. Elles sont en général dans un ordre de grandeur millimétrique. Ainsi par exemple, pour une diode électroluminescente (LED) individuelle dont la surface émettrice est de 1 mm de côté, les dimensions du mini-dioptre associé seront inscrites dans un carré de 5 mm de côté maximum. Si la source primaire est constituée par une sous-matrice de LED, 30 ce sont les dimensions de la sous-matrice qui seront considérées. Une mini- 8 lentille au sens de l'invention comprend donc un mini-dioptre d'entrée et un mini-dioptre de sortie. Le système primaire optique 4 comprend ici un dioptre de sortie 9 5 unique pour tous les mini-dioptres d'entrée de la deuxième série d'optiques 6. Le dioptre de sortie 9 apporte une correction optique du faisceau transmis vers la lentille de projection 3. La correction sert notamment à améliorer l'efficacité optique du dispositif 1 et à corriger les aberrations optiques du système 4. A cette fin, le dioptre de sortie 9 a une forme de dôme 10 sensiblement sphérique. Cette forme dévie peu la direction des rayons lumineux du faisceau provenant d'une source 8 disposée sur l'axe optique 15, et qui traversent le dioptre de sortie 9. En variante, les bords périphériques du dioptre 9 peuvent être déformés afin d'étaler le faisceau lumineux en périphérie. 15 Dans ce mode de réalisation, les optiques 6 de la deuxième série sont faites d'une seule matière. Autrement dit, les mini-dioptres d'entrée et le dioptre de sortie 9 forment une face d'entrée et de sortie d'un même deuxième élément 8 du système optique 4, et qui s'apparente à une lentille 20 complexe. La deuxième série d'optiques 6 est configurée pour diriger les rayons lumineux provenant de la première série d'optiques 5 du dispositif vers les moyens de projection (lentille 3) de manière à former les segments lumineux 25 du faisceau lumineux segmenté. En outre, la deuxième série d'optiques 6 sert à discriminer les bords des segments lumineux. En effet, les moyens de projection imagent la surface des bords des mini-dioptres d'entrée ; la forme de la bordure de chacun des segments lumineux projeté sur la route est donc la même que celle de la bordure du mini-dioptre de la deuxième série 30 d'optiques 6 qui lei correspond. Les optiques 6 de la deuxième série sont notamment configurés pour former des segments lumineux en forme de 9 bandes lumineuses qui ont des dimensions spécifiques, avec par exemple pour certains, une largeur ayant une valeur égale au tiers de la longueur. A cette fin les optiques 6 de la deuxième série ont des rapports de dimension correspondants. 5 Pour obtenir des segments lumineux bien définis, la première série d'optiques 5 est configurée pour répartir les rayons lumineux provenant des sources lumineuses 8 sur les optiques 6 de la deuxième série de manière à ce qu'une optique 5 de la première série distribue les rayons lumineux qui la 10 traversent sur une optique 6 de la deuxième série en adaptant la distribution lumineuse aux dimensions de l'optique 6 de la deuxième série. Autrement dit, les optiques 5 de la première série calibrent la distribution dimensionnelle des rayons lumineux pour correspondre aux dimensions des optiques 6 de la deuxième série. Cela est par exemple représenté sur la figure 1, dans laquelle 15 les rayons lumineux de la deuxième source lumineuse en partant du haut sont transmis par une optique 5 de la première série sur une optique 6 de la deuxième de manière à couvrir cette dernière sensiblement en entier. Une optique 6 de la deuxième série est de préférence configurée pour 20 former un seul pixel du faisceau lumineux. Le système primaire optique 4 comprend de préférence également une optique 5, 6 de chaque série pour chaque source primaire 8 de lumière de la matrice 2. Ainsi, une optique 5 de la première série est agencée pour répartir les rayons lumineux issus sensiblement d'une seule source primaire 8. Avantageusement, une source 25 lumineuse 8, une optique 5 de la première série et une optique 6 de la deuxième série sont centrées sur un même axe optique. Pour certains segments lumineux, des optiques 5 de la première série sont configurées pour distribuer les rayons lumineux de manière à obtenir une 30 densité de distribution d'intensité lumineuse homogène sur l'optique 6 correspondante de la deuxième série. Pour d'autres segments lumineux, les 10 optiques 5 de la première série sont configurées pour distribuer les rayons lumineux de manière à obtenir une densité de distribution d'intensité lumineuse variable sur l'optique 6 correspondante de la deuxième série. La forme des optiques 5 permet d'obtenir de telles distributions d'intensité. Par 5 exemple, la surface de l'optique 5 ne présentant pas une symétrie de révolution autour de l'axe optique permet d'obtenir une distribution variable. En autre exemple, la surface peut en outre comporter des zones convexes qui concentrent le faisceau lumineux et des zones concaves qui vont étaler la lumière, afin de générer une distribution lumineuse non homogène. 10 En outre, la deuxième série d'optiques 6 est configurée pour transmettre les rayons lumineux provenant de l'optique 5 de la première série en conservant sensiblement ladite densité de distribution d'intensité lumineuse des rayons lumineux en sortie de l'optique 6. Ainsi, les segments 15 lumineux du faisceau auront également une distribution d'intensité variable ou homogène. La figure 2 montre un exemple de faisceau segmenté 10 obtenu avec un module optique de projecteur de véhicule automobile tel que décrit 20 précédemment. Le faisceau 10 a ici trois rangées de segments lumineux. Les segments lumineux 11 de la rangée du milieu sont petits et de forme trapézoïdale. Ils ont de préférence une intensité lumineuse homogène sur tout le pixel 11. Les segments lumineux 12, 13 des rangées du haut et du bas ont des formes de bandes lumineuses, de longueur plus importante que la 25 largeur, et ont préférence une intensité lumineuse homogène également. En revanche, les segments lumineux 14 agencés à l'extrémité de chaque rangée sont plus larges avec une intensité lumineuse qui varie en diminuant progressivement jusqu'au bord du faisceau. Ainsi, le côté du 30 faisceau 10 éclaire avec une intensité plus faible, afin de répondre aux réglementations concernant les feux de véhicule automobile et d'apporter un 11 confort de conduite en permettant une transition progressive entre l'obscurité REVENDICATIONS: 1. Dispositif (1) optique de projection de faisceau lumineux segmenté (10), notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend en amont selon un axe optique du dispositif, une matrice (2) de sources (8) de lumière aptes à émettre des rayons lumineux, et en aval un système optique primaire (4) muni d'une première (5) et d'une deuxième série d'optiques (6) convergentes, la deuxième série d'optiques (6) convergentes étant en aval de la première série (5), la première série d'optiques (5) étant configurée pour répartir les rayons lumineux provenant des sources lumineuses (8) sur les optiques (6) de la deuxième série de manière à ce qu'une optique (5) de la première série distribue les rayons lumineux qui la traversent sur une optique (6) de la deuxième série en adaptant la distribution lumineuse aux dimensions de l'optique (6) de la deuxième série, les optiques (6) de la deuxième série étant configurées pour diriger les rayons lumineux provenant de la première série d'optiques (5) du dispositif (1) vers des moyens de projection de manière à former chacune un segment (11, 12, 13, 14) du faisceau lumineux segmenté (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des optiques (5) de la première série sont configurées pour distribuer les rayons lumineux de manière à obtenir une densité de distribution d'intensité lumineuse homogène sur l'optique (6) correspondante de la deuxième série. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des optiques (5) de la première série sont configurées pour distribuer les rayons lumineux de manière à obtenir une densité de distribution d'intensité lumineuse variable sur l'optique (6) correspondante de la deuxième série. 13 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la deuxième série d'optiques (6) est configurée pour transmettre les rayons lumineux en conservant sensiblement ladite densité de distribution d'intensité lumineuse des rayons lumineux. 5 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système primaire optique (4) comprend une optique (5) de la première série et une optique (6) de la deuxième série 10 pour chaque source de lumière (8) de la matrice (2). 6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une source lumineuse (8), une optique (5) de la première série et une optique (6) de la deuxième série sont centrés sur un même axe optique. 15 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les optiques (5) de la première série sont des lentilles biconvexes formant un premier élément (7) ayant une forme de 20 matrice de mini-lentilles. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce les optiques convergentes (6) de la deuxième série sont des dioptres d'entrée convexes. 25 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système primaire optique (4) comprend un deuxième élément (8) fait d'une même matière et muni de la deuxième série d'optiques (6). 30 14 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le deuxième élément (8) comporte un dioptre de sortie unique (9) pour toutes les optiques (6) de la deuxième série. 5 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dioptre de sortie (9) est sensiblement sphérique pour corriger les aberrations optiques. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, caractérisé en ce que les sources primaires (8) de lumière sont des diodes électroluminescentes. 13. Module optique pour projecteur de véhicule automobile comprenant un dispositif optique (1) selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, et des moyens de projection, tels une lentille de projection (3) ou un réflecteur, disposés en aval du système primaire optique (4) selon l'axe optique (15), les moyens de projection étant aptes à projeter le faisceau lumineux segmenté (10).