Brevet FR3086735A1 — publié le 20200403

PIECE OPTIQUE MONOBLOC EN MATERIAU TRANSPARENT OU TRANSLUCIDE A SURFACE INACTIVE AVEC PORTION DIFFUSANTE La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs lumineux, notamment de véhicule automobile, dans lesquels une pièce optique monobloc en matériau transparent ou translucide est utilisée pour guider la lumière et/ou mettre en forme le faisceau lumineux correspondant. Pour cela une telle pièce optique comprend des surfaces actives, qui sont agencées spécifiquement de manière à guider et à dévier les rayons lumineux, notamment par réflexion interne totale ou par réfraction. Un exemple d'une telle pièce optique est décrit dans le document FR3039883A1. Néanmoins, on peut observer qu'avec certaines de ces pièces optiques certains rayons, dits rayons parasites, sont envoyés dans le faisceau selon des directions indésirables. Cela peut résulter en des surintensités ou des inhomogénéités lumineuses dans le faisceau émis par le dispositif lumineux. Cela peut être préjudiciable pour le confort et pour la sécurité, en particulier dans le cas de faisceaux de croisement. Un faisceau de croisement émet un faisceau d'éclairage de la route présentant une coupure au-dessus de laquelle quasiment aucun rayon n'est envoyé, permettant d'éviter l'éblouissement des véhicules suivis ou venant en sens opposé. Il est donc d'autant plus important dans ce cas d'éviter des rayons parasites qui parviendraient au-dessus de la coupure et risqueraient d'éblouir les conducteurs de ces véhicules. Un problème technique que vise à résoudre la présente invention est donc d'éviter la formation de rayons parasites dans le faisceau lumineux produit par un dispositif lumineux au moyen d'une pièce optique en matériau transparent. 2 A cet effet, un premier objet de l'invention est une pièce optique monobloc en matériau transparent ou translucide comprenant : 5 -une pluralité de surfaces actives agencées pour mettre en forme un faisceau, dont un dioptre d'entrée et un dioptre de sortie, - des surfaces inactives joignant les surfaces actives ; au moins une des surfaces inactives présente une portion 10 diffusante de manière à diffuser les rayons qui l'atteignent. En effet, la demanderesse s'est aperçu que certains des rayons parasites se formant dans les faisceaux lumineux produits à l'aide de pièces optiques monobloc transparentes ou translucides étaient en fait réfléchis par des surfaces 15 optiquement inactives de ces pièces optiques avant d'en sortir. Cela est dû au fait que certains des rayons lumineux émis initialement par la source lumineuse du module optique contenant une telle pièce optique, n'atteignent pas comme souhaité les surfaces optiquement actives, c'est-à-dire les 20 surfaces actives agencées pour mettre en forme le faisceau, mais atteignent des surfaces optiquement inactives. Ces surfaces optiquement inactives sont dites inactives car elles ne devraient pas recevoir ces rayons, ou du moins ne recevoir qu'une faible quantité de ces rayons, et ne sont pas conçues 25 pour dévier ces rayons de manière à former le faisceau. Grâce à l'invention, on supprime ces rayons parasites et/ou on diminue l'effet de ces rayons parasites, par exemple en les étalant vers l'avant. On diminue ainsi des concentrations lumineuses indésirables dans le faisceau. 30 La pièce optique selon l'invention peut optionnellement comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la portion diffusante est couverte d'une pluralité de structures agencées de manière à diffuser les rayons 3 atteignant la portion diffusante correspondante ; les moyens de diffusion peuvent ainsi être réalisés directement lors de la fabrication de la pièce optique ; - la portion diffusante est ondulée ; cela permet de 5 calculer plus facilement cette portion de surface ; - la portion diffusante présente des stries parallèles entre elles ; - la pièce optique est obtenue par moulage, les stries étant parallèles à la direction de démoulage ; cela permet de 10 réaliser ces stries par moulage avec une étape de démoulage simple ; - la pluralité de structures est formée par une variation périodique de la surface inactive correspondante ; cela permet de calculer plus facilement cette portion de 15 surface ; - la variation périodique de la portion diffusante de la surface inactive ou d'au moins l'une des surfaces inactives est agencée uniquement selon deux directions de variation transversales entre elles ; c'est un exemple de réalisation de 20 bossages ; - la pièce optique est obtenue par moulage, les deux directions de variation étant orthogonales à la direction de démoulage; cela permet de réaliser ces variations par moulage avec une étape de démoulage simple ; 25 - les variations périodiques sont définies par au moins une fonction de type sinusoïdale ; on obtient des résultats particulièrement efficaces avec ce type de fonction ; - l'une des surfaces actives est une plieuse agencée 30 de manière à recevoir les rayons lumineux provenant du dioptre d'entrée et à les renvoyer en aval, notamment vers le dioptre 4 de sortie ; cela permet de réaliser un faisceau à coupure avec peu de rayons parasites au-dessus de la coupure. Un autre objet de l'invention est un dispositif lumineux de véhicule, notamment un projecteur, comprenant une pièce 5 optique selon l'invention et au moins une source lumineuse émettant ses rayons essentiellement vers ledit dioptre d'entrée. La source de lumière peut être une diode électroluminescente, encore appelée DEL ou plus couramment LED 10 (pour Light Emitting Diode en langue anglaise) L'invention a également pour objet un véhicule comprenant un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation de véhicule selon l'invention, notamment connecté à l'alimentation électrique du véhicule. 15 Sauf indication contraire, les termes « avant », « arrière », « haut », « bas », « transversal », « longitudinal », « horizontal », ainsi que leurs déclinaisons en genre ou en nombre, se réfèrent au sens d'émission de lumière hors du module lumineux correspondant. Sauf indication 20 contraire, les termes « amont » et « aval » se réfèrent au sens de propagation de la lumière. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des exemples non limitatifs qui suivent, pour la compréhension de 25 laquelle on se reportera aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective avant et de dessus d'une pièce optique selon un premier exemple de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective arrière et de 30 dessous de la pièce optique de la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe longitudinale de la pièce optique de la figure 1, sur laquelle est également représentée une source lumineuse ; 5 - la figure 4 est une vue en perspective d'un exemple de variations de surface, telles que celles agencées sur la pièce optique de la figure 1 ; - les figures 5 et 6 illustrent les courbes isolux de 5 faisceaux lumineux en projection sur un écran vertical, notamment à 25 mètres, ces faisceaux étant obtenus avec respectivement une pièce optique telle que celle de la figure 1 mais sans la variation périodique de surface et la pièce optique de la figure 1; 10 - la figure 7 est une vue en perspective avant et de dessus d'une pièce optique selon un deuxième exemple de l'invention ; - la figure 8 est une vue en perspective arrière et de dessous de la pièce optique de la figure 6 ; 15 - la figure 9 est une coupe transversale de la pièce optique des figures 7 et 8, selon le plan P représenté en figure 8. Les figures 1 à 3 illustrent une pièce optique 1 selon un premier exemple de réalisation de l'invention. Il s'agit ici 20 d'une pièce optique 1 monobloc, en matériau transparent ou translucide, notamment du polycarbonate (PC). Dans cet exemple, il s'agit d'une pièce optique d'un module lumineux de projecteur de véhicule. La pièce optique 1 comprend une première pluralité de 25 collimateurs 2' et une deuxième pluralité de collimateurs 2". Chacun de ces collimateurs 2', 2" comprend un dioptre d'entrée 2, destiné à recevoir les rayons lumineux rl, r2, r3 émis par une source lumineuse 21, destinée à être placée ici en vis-à-vis et proche de l'extrémité libre du collimateur 30 correspondant 2', 2", en haut en éclairant vers le bas dans cet exemple. Dans cet exemple, la source lumineuse est une diode électroluminescente, encore appelée LED 21. 6 Ces rayons lumineux rl, r2, r3 entrent par réfraction dans les collimateurs 2', 2", donc dans la pièce optique 1. La première pluralité de collimateurs comprend ici deux collimateurs 2', qui sont chacun couplés optiquement à un 5 organe de réflexion 3, qui est lui couplé optiquement à un organe de coupure 4, lui-même couplé à un organe de sortie 5. Ces différents éléments sont donc couplés entre eux et agencés de manière à mettre en forme les rayons lumineux émis par les sources lumineuses 21 de manière à former un faisceau à 10 coupure. Chaque collimateur 2' est agencé pour envoyer, ici par réfraction et réflexion totale interne, les rayons lumineux rl, r2, r3 émis par la LED 21, en un faisceau davantage concentré, en direction de l'organe de réflexion 3. 15 Cet organe de réflexion 3 est ici un dioptre agencé de manière à réfléchir par réflexion totale interne ces rayons rl, r2, r3 vers l'organe de coupure 4, plus particulièrement vers l'arrête 4a de cet organe de coupure 4. Par exemple, l'organe de réflexion 4 peut réfléchir ces rayons rl, r2, r3 20 vers une zone focale agencée au niveau de cette arrête 4a. Ces rayons r1, r2, r3 passent au niveau de cette arrête 4a de trois manières différentes, comme il sera expliqué ci-après, puis atteignent l'organe de sortie 5, ici le dioptre de sortie 5 de la pièce optique 1. Ils sortent ensuite de la 25 pièce optique 1 par réfraction au travers du dioptre de sortie 5. Ce dioptre de sortie 5 est agencé de manière à former un organe de projection de l'image de l'arrête 4a. Ainsi, les rayons rl qui passent au plus près de l'arrête 30 4a, sans rencontrer la surface de la plieuse, notamment au niveau d'une zone focale du dioptre de sortie 5, sont réfractés par le dioptre de sortie 5 de manière parallèle à un axe optique 0 du module lumineux. 7 En revanche, les rayons r2 et r3 qui passent au-dessus de cette arrête 4a sont réfractés vers le bas par le dioptre de sortie 5. Certains de ces rayons r2 réfractés vers le bas, sont 5 d'abord réfléchis directement par l'organe de réflexion 3 sur le dioptre de sortie 5, en passant au-dessus de l'arrête 4a. D'autres rayons r3 réfractés vers le bas, sont d'abord réfléchis par l'organe de réflexion 3 en arrière de l'arrête 4a, et sont donc réfléchis par la plieuse 4, par réflexion 10 totale interne, vers le dioptre de sortie 5, en passant également au-dessus de l'arrête 4a. L'essentiel, voire la totalité, des rayons r1, r2, r3 participe donc à la formation du faisceau sortant de la pièce optique 1. Ce faisceau est le faisceau lumineux émis par le 15 module optique. Par ailleurs, ce faisceau présente une ligne de coupure L supérieure, comme illustré en figure 6. Cette ligne de coupure L correspond à l'image de l'arrête 4a, qui forme donc le bord de coupure de la plieuse 4, les rayons étant envoyés au plus 20 haut sur la ligne de coupure (rayons r1) ou en dessous (rayons r2, r3). Ici ce faisceau est une portion centrale d'un faisceau de croisement. On peut observer que l'arrête 4a présente en effet une portion oblique et deux portions horizontales de part et 25 d'autre de cette portion oblique, correspondant à la forme de la ligne de coupure L. Cette dernière est illustrée par les pointillés en figure 6, la courbe isolux au-dessus de celle-ci représente une intensité très faible, non éblouissante. L'essentiel des rayons est envoyé en-dessous de cette ligne de 30 coupure L. La deuxième pluralité de collimateurs comprend ici cinq collimateurs 2" qui sont chacun couplés optiquement d'amont en aval à un organe de réflexion 3", un organe de coupure 4" 8 et un organe de sortie 5", agencés de manière à mettre en forme les rayons lumineux émis par la source lumineuse de manière à former un faisceau à coupure horizontale, selon le même principe que décrit en figure 3. La différence est qu'ici 5 l'arrête de coupure 4a" est dans un plan horizontal. La portion centrale et le faisceau à coupure horizontale sont émis en même temps de manière à former un faisceau de croisement. Les dioptres formant le dioptre d'entrée 2 des 10 collimateurs 2', 2", les organes de réflexion 3, 3", les plieuses 4, 4" formant les organes de coupure et les dioptres de sortie 5, 3" permettent donc par leur agencement de mettre en forme le faisceau de manière à ce qu'il corresponde à un faisceau de croisement. Ces dioptres forment donc les surfaces 15 actives de la pièce optique 1. On peut donc voir de plus que toutes les surfaces ne sont pas conçues de manière à recevoir des rayons lumineux, émis à l'origine par des LED 21. Elles ne participent pas à la formation du faisceau lumineux. Ces surfaces sont ainsi 20 appelées surfaces inactives. Il s'agit essentiellement de surfaces joignant les surfaces actives. Parmi ces surfaces inactives, on peut observer en figures 1 à 3 une surface supérieure avant 6 et une surface latérale 25 gauche 10. Comme on peut le voir, ces surfaces inactives 6, 10 présentent des ondulations, et seront appelées ci-après surfaces ondulées supérieure 6 et latérale 10. Ces ondulations permettent d'éliminer un maximum, voire la totalité de rayons parasites dans le faisceau. 30 La figure 5 représente le faisceau obtenu par une pièce optique, non représentée, identique à celle des figures 1 à 3, excepté que les surfaces inactives sont dépourvues d'ondulations. 9 On peut observer dans la zone Za, une protubérance lumineuse au-dessus de la ligne de coupure. Le faisceau obtenu est donc non conforme à ce qui est attendu. Cette surintensité est due à des rayons parasites ayant atteint les surfaces 5 supérieure avant et latérale gauche. Ces surfaces n'étant pas conçues pour cela ces rayons peuvent, comme ici, être renvoyés dans le faisceau à des endroits non souhaitables. Dans certains cas, ces rayons peuvent même éblouir les conducteurs des véhicules suivis ou venant en sens inverse. 10 Pour remédier à cela, l'invention propose, comme dans cet exemple, qu'au moins une des surfaces inactives présente une portion diffusante de manière à diffuser des rayons qui l'atteignent. Dans cet exemple, illustré en figures 1 à 3, la surface 15 supérieure avant 6 présente une telle portion diffusante, dite portion diffusante supérieure 7. De même, la surface latérale gauche 10 présente une trois portions diffusantes, dites portions diffusantes latérales 11. Ces portions diffusantes 7, 11 sont couvertes d'une 20 pluralité de structures 8, 12 diffusantes agencées de manière à diffuser les rayons atteignant la portion diffusante correspondante. Ainsi ces rayons seront soit émis hors du champ de projection, à savoir hors de l'écran illustré en figure 6, soit étalés, de sorte qu'ils ne formeront pas une 25 surintensité gênante dans ce faisceau. Ces structures 8, 12 sont ici agencées de telle manière que les portions diffusantes 7, 11 sont ondulées. Sur les portions diffusantes latérales 11, ces ondulations s'enchainent selon une unique direction donnée, ici 30 longitudinale. Ainsi, ces ondulations forment des stries 12 parallèles entre elles selon une direction orthogonale à cette direction longitudinale. Comme ici, ces stries sont parallèles à une direction de démoulage D/D' de la pièce optique 1. 10 Sur les portions diffusantes supérieures 7, ces ondulations s'enchainent selon deux directions données transversales entre elles, ici selon la direction transversale Y et selon la direction longitudinale X. Les ondulations 5 forment ainsi des structures formant des billages 12 (ou « pillows » en langue anglaise) permettant un démoulage selon la direction de démoulage D/D' de la pièce optique 1. Ainsi les ondulations des portions diffusantes 7, 11 permettent de réaliser la pièce optique 1 par moulage avec 10 deux empreintes de moule, sans ajouter de tiroir ou de mouvements complexes pour la réalisation des structures diffusantes. Selon cet exemple de réalisation, des résultats particulièrement intéressant ont été obtenus en réalisant les 15 pluralités de structures diffusantes 8, 12 et les ondulations correspondantes par une variation périodique de la surface active 6, 10 correspondante. La figure 4 illustre un exemple de variation périodique régulière applicable à une surface diffusante p s'enchainant 20 uniquement selon deux directions X', Y' de variations transversales entre elles, notamment destinées à être orthogonales à la direction de démoulage, ici verticale Z', de la pièce optique. Autrement dit en figure 4, la surface varie selon la direction verticale Z' à la fois selon la direction 25 longitudinale L et selon la direction transversale Y'. Ici ces variations forment également des billages b. Dans cet exemple, les variations périodiques sont définies par au moins une fonction de type sinusoïdale. On peut néanmoins faire varier les coefficients des 30 composantes sinusoïdales dans les directions selon lesquelles s'enchaînent les ondulations, appelées ci-après directions de propagation X' et Y'. 11 D'une manière générale selon l'invention, comme dans cet exemple, cette surface peut être définie par l'équation suivante : Z'= X' Epaisseur*sin(X' Période*n*x) 5 + Y' Epaisseur*sin(Y' Période*n*y) avec : X' Epaisseur: épaisseur selon X de la variation, soit la hauteur de crête à crête maximale, 10 X' Période : période de la variation en X, Y' Epaisseur: épaisseur selon Y' de la variation, soit la hauteur de crête à crête maximale, Y' Période : période de la variation en Y', x: valeur longitudinale selon l'axe X', longitudinal, 15 y: valeur longitudinale selon l'axe Y' transversal, X', Y' et Z' seront orientés selon l'orientation de la surface ondulés. Par exemple, concernant les portions diffusantes latérales 20 11, la variation sinusoïdale est s'enchaîne seulement selon l'axe longitudinal X, avec une variation autour de cet axe X dans le plan X,Z. Il n'y a pas de variation selon une direction de propagation verticale ou transversale. Les valeurs des coefficients peuvent donc être : 25 X' Epaisseur =0.3mm X' Periode=21 Y' Epaisseur =Omm Y' Periode=0 A noter que par rapport à l'exemple de la figure 4, Y 30 correspond à Z', X à X' et Z à Y' (en figure 4 la surface est horizontale, alors qu'elle est verticale dans la pièce optique 1, tel qu'on peut le voir en figure 2). Concernant la portion diffusante supérieure 7, la variation sinusoïdale s'enchaîne seulement selon deux axes : 12 longitudinal X, avec une variation autour de cet axe X dans le plan vertical X, Z, et transversal Y, avec une variation autour de cet axe Y dans le plan vertical Y, Z. Cette orientation étant la même qu'en figure 4, Y 5 correspond environ à Y', X environ à X' et Z environ à Z'. Les valeurs des coefficients peuvent donc être : X' Epaisseur =0.3mm X' - Periode=21 Y' Epaisseur =0.3mm 10 Y' - Periode=21 Les figures 7 à 9 illustrent une pièce optique 101 selon un deuxième exemple de réalisation de l'invention. La pièce optique 101 selon ce deuxième exemple est similaire au premier. Seules les différences essentielles 15 seront exposées ci-après. Pour les autres caractéristiques, on pourra se reporter à la description précédente (à noter qu'entre le deuxième et le premier exemple, les moyens remplissant les mêmes fonctions reprennent les mêmes références augmentées de 100). 20 La pièce optique 101 comprend une unique première pluralité de collimateurs 102', qui sont destinés chacun à recevoir les rayons lumineux émis par une source lumineuse, comme pour la deuxième pluralité de collimateur 2" du premier exemple. 25 La pièce optique 101 comprend également, en plus des dioptres des collimateurs 2", des dioptres formant des surfaces actives, à savoir respectivement : un organe de réflexion 103, une plieuse 104, un organe de projection 105 ou dioptre de sortie 105. 30 Ces surfaces actives 103, 104, 105 sont couplées de la même manière que dans le premier exemple de manière à former un faisceau à coupure. On pourra ainsi se reporter à la figure 3 et à la description correspondante pour illustrer les 13 trajets de rayons et la formation d'une ligne de coupure dans le faisceau avec la plieuse 104. Ici, ce faisceau est un faisceau avec une ligne de coupure horizontale. On peut observer que l'arrête 104a, dont l'image 5 forme la ligne de coupure, est en effet comprise dans un plan horizontal XY. La pièce optique 101 est destinée à être montée dans un projecteur (non représenté) avec une pièce optique similaire (non représentée) mais dont l'arrête a la forme de la coupure 10 oblique au centre d'un faisceau de croisement, par exemple avec une portion oblique et deux portions horizontales de part et d'autre de cette portion oblique. Un module supplémentaire avec une pièce optique identique, ou du moins réalisant également une coupure horizontale, 15 pourra également être utilisée dans le dispositif, de manière à superposer son faisceau à celui provenant de la pièce optique 101 illustré. Dans ce deuxième exemple, uniquement une surface inactive 106 présente une portion diffusante 107 agencée de manière à 20 diffuser des rayons qui l'atteignent. Il s'agit ici d'une surface supérieure avant. Selon le même principe que dans le premier exemple, ces rayons seront soit émis hors du champ de projection, soit étalés, de sorte qu'ils ne formeront pas une surintensité 25 gênante dans ce faisceau. Comme on peut le voir en figures 7 et 9, cette surface inactive 106 présente des ondulations, formant des billages 108 diffusants. Ces ondulations sont ici des variations périodiques. 30 Ici, c'est également l'exemple de variation de surface de la figure 4 qui a été appliqué à la surface diffusante 106. Les variations périodiques sont donc définies par au moins une fonction de type sinusoïdale. 14 Ici, la construction reprend donc l'équation précédente, mais avec des coefficients des composantes sinusoïdales différents et également avec l'ajout de conditions. La définition de la surface inactive 106 peut donc être 5 définie ainsi : 1. Si : X' Epaisseur*sin(X' Période*n*x) +Y' Epaisseur *sin(Y' Période*n*y) REVENDICATIONS1. Pièce optique (1) monobloc en matériau transparent ou translucide comprenant : -une pluralité de surfaces actives agencées pour mettre en forme un faisceau, dont un dioptre d'entrée (2) et un dioptre de sortie (5), - des surfaces inactives (6, 10) joignant les surfaces 10 actives, au moins une des surfaces inactives présentant une portion diffusante (7, 11) de manière à diffuser des rayons qui l'atteignent. 2. Pièce optique (1) selon la revendication 1, dans laquelle 15 la portion diffusante (7, 11) est couverte d'une pluralité de structures (8, 12) agencées de manière à diffuser les rayons atteignant la portion diffusante correspondante. 3. Pièce optique (1) selon la revendication 1 ou selon la revendication 2, dans laquelle la portion diffusante (7, 11) 20 est ondulée. 4. Pièce optique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la portion diffusante (11) présente des stries (12) parallèles entre elles. 25 5. Pièce optique (1) selon la revendication 4, dans laquelle la pièce optique est obtenue par moulage, les stries (12) étant parallèles à la direction de démoulage (D/D'). 6. Pièce optique (1) selon la revendication 2 ou selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 prises en combinaison avec 30 la revendication 2, dans laquelle la pluralité de structures (8, 12) est formée par une variation périodique de la surface inactive correspondante (6, 10). 17 7. Pièce optique (1) selon la revendication 6, dans laquelle la variation périodique de la portion diffusante de la surface inactive ou d'au moins l'une des surfaces inactives est agencée uniquement selon deux directions de variation 5 transversales entre elles. 8. Pièce optique (1) selon la revendication 7, dans laquelle la pièce optique est obtenue par moulage, les deux directions de variation étant orthogonales à la direction de démoulage (D/D'). 9. Pièce optique (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle les variations périodiques sont définies par au moins une fonction de type sinusoïdale. 10. Pièce optique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'une des surfaces actives est une plieuse (3) agencée de manière à recevoir les rayons lumineux provenant du dioptre d'entrée (2) et à les renvoyer en aval. 11. Dispositif lumineux de véhicule comprenant une pièce optique (1) selon l'une des revendications précédentes et au 20 moins une source lumineuse émettant ses rayons essentiellement vers ledit dioptre d'entrée. 25