Brevet FR3084723A1 — publié le 20200207

"Module lumineux comportant une matrice de sources lumineuses et un système optique bifocal " DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un module lumineux pour un véhicule automobile qui est apte à projeter un faisceau lumineux à segments jointifs horizontaux et une résolution angulaire dans les plans verticaux inférieurs à 1°. 10 ARRIÈRE PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION Un véhicule automobile est équipé de projecteurs destinés à produire un faisceau lumineux qui éclaire la route devant le 15 véhicule, notamment la nuit ou en cas de luminosité réduite. On connaît déjà des modules lumineux de ce type. De tels modules lumineux sont aptes à produire un faisceau lumineux d'éclairage, par exemple un feu de route, divisé, verticalement et horizontalement, en segments lumineux et dont au moins certains 20 segments lumineux peuvent être éteints sélectivement. Cela permet par exemple d'éclairer la route de manière optimale tout en évitant d'éblouir les usagers de la route. De tels modules lumineux génèrent des faisceaux lumineux segmentés, qui sont connus sous l'appellation anglaise de "pixel 25 beam". Il est par exemple possible de diviser le faisceau lumineux global en une matrice de segments lumineux. Généralement, la résolution verticale du faisceau lumineux, c'est-à-dire le nombre de segments lumineux dans les plans verticaux du faisceau émis par un projecteur, demeure assez 30 grossière. Ainsi, l'extinction d'un segment lumineux plonge dans l'ombre une portion de route qui est souvent bien plus large que nécessaire pour éviter d'éblouir un usager de la route. Il serait avantageux de pouvoir augmenter la résolution verticale du faisceau lumineux pour pouvoir éclairer la route jusqu'à un usager de la route situé en avant du véhicule, tout en éteignant les segments lumineux susceptibles d'éblouir l'usager de la route. Ces projecteurs sont préférablement conçus pour éclairer un large champ visuel latéral mais les systèmes d'éclairage connus ont une visibilité parfois insatisfaisante pour le conducteur du véhicule. En particulier il est difficile, voire impossible, d'assurer un large champ d'éclairage dans le plan horizontal de la 10 trajectoire du véhicule et en même temps assurer une haute résolution dans la direction verticale, et cela pour tout angle dans le plan horizontal. En plus, il est important de réduire la taille des lentilles de projection qui devraient avoir préférablement un diamètre inférieur de 80mm tout en utilisant des réseaux de 15 diodes électroluminescentes du commerce qui ont chacune une taille minimale de 0.75mmx0.75mm. Par ailleurs, pour des raisons de confort visuel, aussi bien que pour des raisons réglementaires, il est préférable que deux segments adjacents dans le plan horizontal soient jointifs pour que le faisceau lumineux global 20 éclaire la route de manière homogène. Or, les solutions connues ne permettent pas d'obtenir une haute résolution vertical et en même temps d'obtenir un large champ horizontal ayant des segments lumineux jointifs, notamment lorsque les sources lumineuses sont trop espacées les unes des autres. 25 Un système d'éclairage connu pour projecteur de véhicule automobile, décrit dans le document US 2014/0307459 A1, comprend un module optique primaire comportant une pluralité de sources de lumière, par exemple des diodes 30 électroluminescentes, chacune associées à des guides de lumière respectifs. Un élément optique secondaire de projection, par exemple une lentille, est associé au module optique primaire. Cet élément optique secondaire de projection peut avoir plusieurs 3 distances focales. Un tel système d'éclairage présente néanmoins certains inconvénients. D'abord, Un tel module optique primaire, comportant une pluralité de guides de lumière indépendants chacun associés à une source lumineuse, est complexe et onéreux à réaliser. Aussi, les distances focales sont choisies pour coïncider avec les surfaces de sortie de l'optique primaire. Aussi, ce système nécessite de positionner l'optique primaire selon un angle relatif à l'axe optique de l'élément de projection, ce qui rend l'alignement et l'assemblage du système optique complexe et 10 donc couteux. L'inconvénient majeur d'un tel système est qu'il n'est pas possible d'atteindre des résolutions verticales inférieurs à 0.6° si on utilise des sources de lumière standard du commerce et des lentilles de projection ayant un grand diamètre, typiquement plus grand que 100mm. 15 Un autre système d'éclairage, décrit dans le document DE102008013603, concerne un module optique comprenant une matrice d'émetteurs de lumière et permet de projeter un faisceau de lumière homogène. Le système comporte une matrice d'éléments optiques, chacune de forme d'entonnoir. Chaque 20 élément optique de la matrice est positionné en face d'un émetteur et sa surface intérieure réfléchissante assure qu'un faisceau sensiblement parallèle est projeté vers le projecteur. Une telle matrice d'éléments coniques réfléchissants est onéreuse à fabriquer. En outre, comme le module de projection décrit dans 25 le document US 2014/0307459 A1, le système décrit dans le document DE102008013603 ne permet pas d'obtenir une grande résolution verticale associé à un angle de projection horizontal élevé. Dans un autre mode de réalisation, décrit dans le 30 document US2015131305A une barrette de sources de lumières est adaptée à une structure optique monobloc comprenant un unique guide de lumière relié à une partie optique correctrice. L'optique secondaire bifocale, assurant la projection de lumière 4 dans le champ optique lointain, a un plan focal vertical qui coïncide avec la surface de sortie du guide optique, ce qui produit bien entendu une faible résolution dans la direction verticale. BREF RÉSUMÉ DE L'INVENTION L'invention propose un module lumineux de véhicule automobile, définissant une direction de mouvement (L), une direction verticale (V) et une direction horizontale (H) orthogonale à la direction verticale (V), les directions (L) et (V) définissant un 10 plan vertical et les direction (L) et (H) définissant un plan horizontal comprenant : - au moins un réseau de sources lumineuses, comportant m rangées transversales et n rangées verticales les rangées transversales étant disposées suivant une direction 15 perpendiculaire aux rangées verticales, le nombre n étant plus élevé que le nombre m; - au moins un dispositif bifocal d'imagerie conçu pour projeter un faisceau lumineux, le dispositif d'imagerie présentant une première surface de focalisation horizontale et une deuxième 20 surface de focalisation verticale parallèle au dit premier plan; caractérisé en ce que le module lumineux comporte au moins un élément optique primaire, qui ne modifie pas en sortie selon une direction verticale V l'angle des rayons incidents, agencé pour transférer la lumière 25 émise par les dites sources lumineuses sur une surface virtuelle de projection, définie entre le dit réseau et le dispositif d'imagerie, et confondue avec le premier plan de focalisation, de telle façon que les projections dans le plan horizontal des faisceaux émis par les dites sources lumineuses forment, dans la 30 dite surface virtuelle de projection, des sources secondaires de lumière qui sont étirées dans la direction horizontale, et en ce que le deuxième plan de focalisation verticale est confondu avec la surface du réseau des sources lumineuses. Dans le plan horizontal, une dimension des sources secondaires de lumière est plus grande qu'une dimension des sources lumineuses et une ouverture angulaire des faisceaux secondaires de lumière émis par les sources de lumière secondaires est inférieure à une ouverture angulaire des faisceaux de lumière émis par les dites sources lumineuses. Le module lumineux réalisé selon les enseignements de l'invention permet ainsi de réaliser un faisceau lumineux présentant un large champ horizontal d'illumination tout en ayant une résolution angulaire élevée dans tout plan parallèle à la direction verticale. Un tel élément d'optique primaire est très aisé à fabriquer et robuste ainsi que facile à assembler dans un module lumineux, donc peu onéreux à fabriquer. Selon un premier mode de réalisation de l'invention is l'élément optique primaire est un réseau de lentilles cylindriques. L'axe longitudinal de chaque lentille cylindrique est parallèle à une des rangées verticales de sources lumineuses. Un tel réseau de lentilles cylindriques est facile et peu onéreux à fabriquer, par exemple par une méthode d'injection plastique. 20 Dans un mode de réalisation préférable, les lentilles cylindriques sont conçues pour former, sur la surface virtuelle de projection, des sources secondaires de lumière dont la composante horizontale est un agrandissement d'un facteur M de la composante horizontale des sources lumineuses. 25 Avantageusement le facteur d'agrandissement M est au moins égal à 2. Préférablement, les lentilles cylindriques sont conçues de telle sorte que les dites sources secondaires de lumière sont jointives. Ceci évite d'obtenir des projections de bandes sombres 30 dans la direction verticale. En variante, les lentilles cylindriques sont conçues pour que les dites sources secondaires de lumière se recouvrent 6 partiellement dans la direction horizontale. Ceci permet d'obtenir un champ d'illumination homogène. Dans une autre variante le recouvrement des sources secondaires de lumière dans la direction horizontale est inférieur à 20% de la largeur de leur composante horizontale. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention l'élément optique primaire comprend un réseau de guides de lumière disposé entre le dit réseau de sources lumineuses et le dispositif d'imagerie. L'utilisation de guides de lumière permet de w rendre la lumière émise par les sources secondaires plus homogène. Avantageusement, le réseau de guides de lumière est constitué de guides de lumière ayant une première surface du côté dudit réseau et une deuxième surface, définie aussi comme surface de sortie, opposée à la première surface présentant, dans tout plan parallèle à la direction horizontale, une largeur supérieure à la largeur de la première surface. Ceci permet de diminuer, dans tout plan parallèle à la direction horizontale, l'angle d'émission des faisceaux dirigés à l'optique de projection. En variante, les guides de lumière présentent une forme trapézoïdale en section parallèle à la direction horizontale et une forme rectangulaire dans toute section définie dans un plan vertical parallèle au dit réseau. La fabrication de guides de lumière ayant une section en forme de trapèze est facile et peu onéreuse et les surfaces peuvent avoir une très grande qualité optique. Dans une variante, les guides de lumière présentent dans tout plan horizontal une forme comprenant des bords latéraux courbés, c'et à dire que leur faces latérales sont courbées. L'utilisation de guides dont les parois latérales sont courbées, de préférence concaves, permet d'améliorer les qualités optiques des faisceaux émis par les sources secondaires. Des faces 7 courbées tel que définies par des polynômes peuvent augmenter le nombre d'optimisations possibles du module lumineux. Avantageusement, la dite première surface est à proximité immédiate avec la surface de sortie de lumière d'une source lumineuse de la dite rangée verticale. La proximité immédiate a l'avantage de garantir une grande efficacité de la transmission de la lumière émise par les sources lumineuses vers le plan de projection virtuel. Avantageusement ce plan de projection virtuel est coplanaire avec la surface de sortie des guides de lumière 10 Dans des variantes préférées, la largeur de la deuxième surface présente, selon toute section parallèle au plan horizontal, une dimension égale ou plus grande que le double de la largeur de la première surface. Dans une variante de réalisation, l'élément optique 15 primaire comprend des éléments optiques diffractifs. Utiliser des éléments diffractifs permet de corriger les distributions d'intensités émises par les sources lumineuses et donc d'augmenter la qualité optique du faisceau. Il est facile d'intégrer des structures diffractives ou des structures rétractives dans des 20 pièces moulées ou réalisées par injection plastique, sans en augmenter les coûts. Dans des variantes de réalisation, n est au moins égal à 10 et m est au moins égal à 20. L'utilisation de réseaux comprenant un grand nombre de sources de lumière permet d'augmenter 25 considérablement la résolution angulaire du faisceau optique émis par le dispositif d'imagerie. Avantageusement l'ouverture angulaire d'un faisceau lumineux émis par le module de lumière provenant d'une seule source lumineuse est inférieure à 1 ° selon l'axe vertical. 30 Dans une variante de réalisation, l'ouverture angulaire d'un faisceau lumineux émis par le module de lumière provenant d'une seule source lumineuse est inférieure à 0.6 ° selon l'axe vertical. Ceci permet d'obtenir une grande résolution angulaire verticale. 8 Avantageusement l'ouverture angulaire verticale du faisceau lumineux émis par le module, provenant de l'ensemble des sources lumineuses du réseau, est au moins égale à 2°, préférablement au moins égale à 4° et d'au plus 9° Dans une variante de réalisation, l'ouverture angulaire horizontale du faisceau lumineux émis par le module, provenant de l'ensemble des sources lumineuses du réseau, est supérieure à 10°, préférablement supérieure à 20°. Ceci permet d'obtenir un très grand champ d'illumination horizontal tout en assurant une Io résolution verticale élevée. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus qui représente un 20 élément optique primaire et un élément optique secondaire d'un module lumineux réalisé selon le concept de l'invention ; - la figure 2 est une vue de coté qui représente un élément optique primaire et un élément optique secondaire d'un module lumineux réalisé selon le concept de l'invention; 25 - la figure 3 est une vue en perspective qui représente un élément optique primaire comprenant un réseau de lentilles cylindriques et un élément optique secondaire d'un premier module lumineux, réalisés selon un premier mode de réalisation de l'invention; 30 - la figure 4 est une vue de dessus qui représente un élément optique primaire comprenant des guides de lumière et un élément optique secondaire d'un module lumineux, réalisés selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 9 - la figure 5 est une vue de coté qui représente un élément optique primaire comprenant des guides de lumière et un élément optique secondaire d'un module lumineux, réalisés selon le deuxième mode de réalisation de l'invention; s - la figure 6 est une vue en perspective d'un guide de lumière ayant des parois verticales ou latérales planes ; - la figure 7 est une vue en perspective d'un autre guide de lumière ayant des parois verticales ou latérales courbées ; - la figure 8 est une vue de dessus d'un module lumineux Io comprenant un dispositif de projection réfléchissant; - la figure 9 est une vue de dessus d'un module lumineux comprenant un dispositif de projection ayant une configuration de type Cassegrain ; - la figure 10 est une vue de dessus d'un véhicule et d'un is écran de projection situé devant le véhicule ; - la figure 11 est une vue de côté d'un véhicule et d'un écran de projection situé devant le véhicule. 20 DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES FIGURES Dans la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif des orientations longitudinale, dirigée d'arrière en avant, verticale, dirigée de bas en haut, et transversale, dirigée de 25 gauche à droite, indiquées par le trièdre "L, V, T" des figures. L'orientation verticale ' REVENDICATIONS1. Module lumineux (10) de véhicule automobile, comprenant : - au moins un réseau (12) de sources lumineuses (14), comportant m rangées transversales (12A) et n rangées verticales (12B), le nombre n étant plus élevé que le nombre m; - au moins un dispositif (30) bifocal d'imagerie conçu pour projeter un faisceau lumineux, le dispositif d'imagerie (30) io présentant une première surface de focalisation horizontale (30a) et une deuxième surface de focalisation verticale (30b) parallèle au dit premier plan; caractérisé en ce que le module lumineux (10) comporte au moins un élément optique 15 primaire (40), qui ne modifie pas en sortie selon une direction verticale V l'angle des rayons incidents, agencé pour transférer la lumière émise par les dites sources lumineuses (14) sur une surface virtuelle de projection (60), définie entre le dit réseau (12) et le dispositif d'imagerie (30), et confondue avec le premier plan 20 de focalisation (30a), de telle façon que les projections dans un plan selon un axe horizontal (H) des faisceaux émis (16) par les dites sources lumineuses (14) forment, dans la dite surface virtuelle de projection (60), des sources secondaires de lumière (62), 25 et en ce que le deuxième plan de focalisation verticale (30b) est confondu avec la surface du réseau des sources lumineuses (14), et en ce que dans un plan horizontal (34), une dimension transversale des sources secondaires de lumière (62) est plus grande qu'une dimension transversale des sources lumineuses (14) 30 et une ouverture angulaire ((3) des faisceaux secondaires de lumière (18) émis par les sources de lumière secondaires (62) est inférieure à une ouverture angulaire (a) des faisceaux de lumière (16) émis par les dites sources lumineuses (14). 24 2. Module lumineux (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément optique primaire (40) est un réseau de lentilles cylindriques (42), et l'axe longitudinal (C1) de chaque lentille cylindrique (42) est parallèle à une des rangées verticales (12B) de sources lumineuses (14). 3. Module lumineux (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lentilles cylindriques (42) sont conçues pour former, dans la surface virtuelle de projection (60), des sources secondaires de lumière (62) dont la composante horizontale (62a) est un agrandissement d'un facteur M de la composante horizontale (14a) des sources lumineuses (14). 15 4. Module lumineux (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le facteur d'agrandissement M est au moins égal à 2. 5. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 2 à 20 4, caractérisé en ce que les lentilles cylindriques (42) sont conçues de telle sorte que lesdites sources secondaires de lumière (62) sont jointives. 6. Module lumineux (10) selon les revendications 2 à 4, 25 caractérisé en ce que les lentilles cylindriques (42) sont conçues pour que lesdites sources secondaires de lumière (62) se recouvrent partiellement dans la direction horizontale (H). 7. Module lumineux (10) selon la revendication 6, 30 caractérisé en ce que le recouvrement des sources secondaires de lumière (62) dans la direction horizontale (H) est inférieur à 20% de la largeur de leur composante horizontale (62a). 25 8. Module lumineux (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément optique primaire (40) comprend un réseau de guides de lumière (50) disposé entre le dit réseau (12, 12A, 12B) de sources lumineuses (14) et le dispositif d'imagerie (30). 9.Module lumineux (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réseau de guides de lumière (50) est constitués de guides de lumière (52) ayant une première surface (56) du côté 10 dudit réseau (12) et une deuxième surface (58) opposée à la première surface (56) présentant, dans tout plan selon l'axe horizontal (34), une largeur supérieure à la largeur de la première surface (56). 15 10. Module lumineux (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les guides de lumière (52) présentent une forme trapézoïdale dans tout plan selon l'axe horizontal (34) et une forme rectangulaire dans toute section définie dans un plan vertical parallèle au dit réseau (12). 20 11. Module lumineux (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les guides de lumière (52) comprennent des parois latérales (51 , 53) ayant une forme courbée dans tout plan selon l'axe horizontal (34). 12. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que ladite première surface (56) est à proximité immédiate avec la surface de sortie (15) de lumière d'une source lumineuse (14) de ladite rangée verticale (12B). 13. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que, dans tout plan selon l'axe horizontal (34), la largeur de la deuxième surface (58) présente une 25 30 26 dimension égale ou plus grande que le double de la largeur de la première surface (56). 14. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'élément optique primaire (40) comprend des éléments optiques diffractifs. 15. Module lumineux (10) selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que n est au moins égal à 10 et en ce que m io est au moins égal à 20.