FR2994247A1

FR2994247A1 - Dispositif d'eclairage a guide(s) de lumiere a face arriere a profil de conique et a elements de diffusion definis sur une ligne de foyer

Info

Publication number: FR2994247A1
Application number: FR1257467A
Authority: FR
Inventors: Whilk Marcelino Goncalves; Michel Surugue
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-02-07
Anticipated expiration: 2032-08-01
Also published as: CN104813100A; FR2994247B1; EP2880359A1; CN104813100B; WO2014020260A1

Abstract

Un dispositif d'éclairage (D) comprend au moins un guide de lumière (GL) s'étendant suivant une ligne et comportant deux extrémités (E1, E2) opposées, dont l'une au moins est couplée à une source de lumière (SL) générant des photons, et un coeur (CG) délimité par une face avant (FV) présentant un premier profil de conique et une face arrière (FR) métallisée et présentant un second profil de conique associé à une ligne de foyer (LF) située dans le coeur (CG). Le coeur (CG) comprend sur la ligne de foyer (LF) au moins un élément de diffusion (ED) propre à renvoyer des photons qui l'atteignent vers la face arrière (FR) afin qu'elle les réfléchissent vers la face avant (FV) suivant des directions sensiblement parallèles à une direction prédéfinie, pour définir au moins un faisceau de lumière remplissant au moins partiellement une fonction photométrique et/ou assurant un effet de style lumineux.

Description

DISPOSITIF D'ÉCLAIRAGE À GUIDE(S) DE LUMIÈRE À FACE ARRIÈRE À PROFIL DE CONIQUE ET À ÉLÉMENTS DE DIFFUSION DÉFINIS SUR UNE LIGNE DE FOYER L'invention concerne les dispositifs d'éclairage qui comportent au moins un guide de lumière couplé à au moins une source de lumière. On entend ici par « dispositif d'éclairage » un dispositif lumineux pouvant assurer une fonction d'éclairage ou de signalisation, ou bien un effet io lumineux décoratif. Dans certains domaines, comme par exemple celui des véhicules, éventuellement de type automobile, on utilise, par exemple au sein d'un bloc optique, au moins un guide de lumière qui s'étend suivant une ligne (éventuellement de type curviligne) et qui comporte deux extrémités 15 opposées, dont l'une au moins est couplée à une source de lumière chargée de l'alimenter en photons, et un coeur délimité par des faces avant et arrière. Les photons se propagent dans le coeur par réflexion totale sur les faces internes et sont transférés vers l'extérieur afin de remplir au moins partiellement une fonction photométrique et/ou assurer un effet de style 20 lumineux. Ce type de guide de lumière offrant ni un bon rendement ni une variété d'effets de style lumineux du fait de la difficulté du transfert des photons vers l'extérieur via sa face avant, il a été proposé de placer un réflecteur concave devant sa face arrière ou bien de définir un relief sur sa 25 face arrière afin de réfléchir les photons de façon privilégiée vers sa face avant. Ces solutions permettent certes d'améliorer notablement le rendement de transfert des photons vers la face avant, mais elles ne permettent pas d'accroitre sensiblement la variété d'effets de style lumineux et donc les possibilités de génération de signatures lumineuses. Ainsi, elles ne 30 permettent pas facilement l'introduction d'effets de profondeur, d'effets de volume (ou 3D) ou d'effets de gradient de luminosité, notamment lorsque certaines performances photométriques doivent être atteintes pour respecter une réglementation. L'invention a donc pour but de proposer une solution alternative propre à améliorer la situation. Elle propose à cet effet un dispositif d'éclairage comprenant au moins un guide de lumière s'étendant suivant une ligne et comportant deux extrémités opposées, dont l'une au moins est couplée à une source de lumière générant des photons, et un coeur délimité par des faces avant et arrière. Ce dispositif d'éclairage se caractérise par le fait : - que la face avant présente un premier profil de conique et la face arrière est métallisée et présente un second profil de conique associé à une ligne de foyer située dans le coeur, et - que le coeur comprend sur au moins une partie de la ligne de foyer au moins un élément de diffusion qui est propre à renvoyer certains photons qui l'atteignent vers la face arrière afin que cette dernière les réfléchissent vers la face avant suivant des directions qui sont sensiblement parallèles à une direction prédéfinie, pour définir au moins un faisceau de lumière remplissant au moins partiellement une fonction photométrique et/ou assurant un effet de style lumineux.

Une très grande variété d'effets de style lumineux (effets 3D, effet de profondeur, contrôle de la densité lumineuse de la fonction photométrique, contrôle de l'homogénéité) et/ou différentes fonctions photométriques peuvent être ainsi obtenu(e)s, sans qu'il faille utiliser de composants additionnels. Le dispositif d'éclairage selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - chaque élément de diffusion peut être défini dans le coeur sous la forme d'un nuage de points diffusants par un faisceau laser ; - chaque élément de diffusion peut avoir une forme globale qui est choisie parmi (au moins) une forme tronconique et une forme cylindrique ; les éléments de diffusion peuvent avoir une forme globale et/ou une densité et/ou une dispersion variable(s) en fonction de leur éloignement par rapport à la source de lumière ; - les éléments de diffusion peuvent présenter une section transverse qui croît avec leur éloignement par rapport à la source de lumière ; - la densité des éléments de diffusion peut croître avec leur éloignement par rapport à la source de lumière ; - la dispersion des éléments de diffusion peut décroître avec leur éloignement par rapport à la source de lumière ; le premier profil peut être semi circulaire ; le second profil peut être semi parabolique ; il peut comprendre au moins deux guides de lumière couplés respectivement à au moins deux sources de lumière ; l'extrémité qui est opposée à la source de lumière peut être métallisée afin de réfléchir vers le coeur les photons qui l'atteignent. En variante, les deux extrémités peuvent être respectivement couplées à deux sources de lumière. L'invention propose également un bloc optique comprenant au moins un dispositif d'éclairage du type de celui présenté ci-avant. L'invention peut par exemple être utilisée dans le domaine des véhicules, éventuellement de type automobile.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de réalisation d'un dispositif d'éclairage selon l'invention, et la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe, des trajets de photons réfléchis par un élément de diffusion du dispositif d'éclairage de la figure 1. L'invention a pour but d'offrir un dispositif d'éclairage D à guide(s) de lumière GL, qui permet de remplir au moins partiellement une fonction photométrique et/ou autorise de nombreux effets de style lumineux. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le dispositif d'éclairage D est destiné à faire partie d'un bloc optique (non représenté) d'un véhicule, éventuellement de type automobile. Mais l'invention n'est pas limitée à cette application. Un dispositif d'éclairage D, selon l'invention, peut en effet équiper tout type de système, équipement ou dispositif, y compris des murs intérieurs ou extérieurs de bâtiment (éventuellement en prévoyant des moyens d'étanchéité additionnels pour protéger l'électronique). On notera que le bloc optique peut être aussi bien un phare (ou projecteur avant), qu'un feu arrière. A titre d'exemples non limitatifs, un dispositif d'éclairage D peut assurer, ou participer à, une fonction de feu diurne (ou DRL (pour « Daytime running Light (or Lamp) » - signalisation lumineuse allumée automatiquement lorsque le véhicule est mis en fonctionnement)) ou de troisième feu de stop (arrière). Sur les figures 1 et 2 la direction X est une direction dite longitudinale, la direction Y est une direction dite transversale, laquelle est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale X, et la direction Z est une direction dite verticale, laquelle est sensiblement perpendiculaire aux directions longitudinale X et transversale Y. On se réfère à la figure 1 pour présenter un exemple de réalisation d'un dispositif d'éclairage D selon l'invention.

Comme illustré, un dispositif d'éclairage D, selon l'invention, comprend au moins un guide de lumière GL et au moins une source de lumière SL. Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, le dispositif (d'éclairage) D ne comporte qu'un seul guide de lumière GL. Mais il pourrait en comporter plusieurs, au moins deux, éventuellement agencés en nappe, éventuellement de formes différentes, et présentant chacun au moins une extrémité associée à une source de lumière SL. Chaque guide de lumière GL comporte deux extrémités El et E2 qui sont opposées l'une à l'autre et dont l'une au moins est couplée à une source de lumière SL. Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, seule la première El des deux extrémités du guide de lumière GL est couplée à une source de lumière SL. Mais on peut envisager que les deux extrémités El et E2 soient chacune couplées à une source de lumière SL de manière à renforcer l'homogénéité et/ou l'intensité de l'éclairement assuré par le guide de lumière GL, et/ou à créer un effet de style. Les photons (de lumière), qui sont générés par une source de lumière SL, pénètrent par une face d'extrémité du guide de lumière GL, qui est ici située au niveau de sa première extrémité E1, et se propagent intérieurement dans son coeur CG qui est entouré par des faces avant FV et arrière. On notera que les photons sont guidés en réflexion totale à l'intérieur du guide de lumière GL.

Chaque source de lumière SL peut comprendre au moins une diode électroluminescente (ou LED) ou une diode laser dont une extrémité émettrice de photons est placée sensiblement contre une face d'extrémité de la première extrémité El du guide de lumière GL, qui a été choisie pour l'injection de photons.

On notera que lorsque l'on utilise des diodes électroluminescentes ou des diodes laser, il est avantageux qu'elles soient montées sur une plaque de support destinée à permettre au moins leur contrôle et leur alimentation électrique. Cette plaque de support peut par exemple être une carte à circuits imprimés, de type PCB (« Printed Circuit Board »), rigide ou flexible (« de type « Flex »). Chaque diode électroluminescente ou diode laser SL peut être couplée au guide de lumière GL soit directement, par exemple par collage ou par enchâssement dans un orifice défini dans sa face d'extrémité d'injection, soit indirectement, par exemple via la plaque de support. Par ailleurs, chaque diode électroluminescente ou diode laser SL peut être agencée de manière à émettre une lumière blanche ou bien une lumière colorée. D'autre part, en présence d'au moins deux diodes électroluminescentes ou diodes laser SL, ces dernières peuvent être agencées de manière à émettre des lumières de couleurs différentes ou bien identiques.

Chaque (le) guide de lumière GL s'étend suivant une ligne qui, dans l'exemple non limitatif illustré, est une droite parallèle à la direction transversale Y. Mais chaque guide de lumière GL pourrait s'étendre suivant une ligne curviligne présentant au moins une courbure. Lorsque la ligne présente plusieurs courbures (au moins deux), ces dernières peuvent être éventuellement dans des plans différents. On notera qu'en présence de plusieurs guides de lumière GL, ces derniers (GL) peuvent présenter des formes (et donc d'éventuelles courbures) différentes.

Par ailleurs, chaque guide de lumière GL peut être réalisé en matière plastique ou en verre. Selon l'invention, la face avant FV du guide de lumière GL présente un premier profil de conique et la face arrière FR est métallisée et présente un second profil de conique associé à une ligne de foyer LF qui est située dans le coeur CG. Chaque profil de conique est obtenu par « extrusion » au sein d'une surface de conique dans une direction donnée. La face arrière FR étant définie par un déplacement d'une conique le long de la ligne suivant laquelle s'étend le guide de lumière GL, ce dernier ne présente donc pas un unique foyer mais une ligne de foyer LF. Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, la face arrière FR est définie par la translation d'une parabole le long de la direction transversale Y et donc le guide de lumière GL présente une ligne de foyer LF linéaire (parallèle à la direction transversale Y). On notera que dans l'exemple non limitatif illustré sur les figures 1 et 2 le premier profil est semi circulaire et le second profil est semi parabolique. Mais d'autres profils peuvent être envisagés dès lors qu'il s'agit de profils de coniques. On notera également, comme illustré sur la figure 2, qu'un photon qui passe sensiblement par la ligne de foyer LF et qui se dirige vers la face arrière métallisée FR est réfléchi suivant une direction qui est sensiblement parallèle à une direction prédéfinie qui est définie ici par l'axe de la seconde conique (lorsque cette dernière est parabolique). Ce dernier axe est ici parallèle à la direction longitudinale X. Toujours selon l'invention, le coeur CG comprend, sur au moins une partie de la ligne de foyer LF, au moins un élément de diffusion ED qui est propre à renvoyer certains photons qui l'atteignent vers la face arrière FR afin que cette dernière (FR) les réfléchissent vers la face avant FV suivant des directions qui sont sensiblement parallèles à la direction prédéfinie (ici X), pour définir au moins un faisceau de lumière remplissant au moins partiellement une fonction photométrique et/ou assurant un effet de style lumineux.

L'expression « remplir au moins partiellement » signifie ici que le dispositif D fournit au moins un faisceau qui va ensuite être traité (par exemple par un réflecteur ou un écran ou encore une lentille de son bloc optique) afin de réaliser une fonction photométrique, ou bien qui n'est pas traité et donc réalise une fonction photométrique.

On notera que le parallélisme doit être ici compris comme une tendance générale. On notera également qu'un « élément de diffusion » est ici un élément défini dans la masse du coeur CG afin de dévier des photons qui l'atteignent dans n'importe quelle direction de l'espace. Une fois éclairé, l'élément de diffusion ED se comporte donc comme une source lumineuse secondaire, dont une partie du rayonnement atteindra la face arrière FR (métallisée). Lorsque cette face arrière FR est un cylindre parabolique et que la source lumineuse est sensiblement située sur la ligne de foyer LF de la parabole, les photons renvoyés par cette source lumineuse sont réfléchis par la face arrière FR selon une direction qui est sensiblement parallèle à l'axe de la parabole. Lorsque le guide de lumière GL est observé frontalement (c'est-à-dire du côté de sa face avant FV), la ligne d'élément(s) de diffusion ED et la face arrière FR brillent.

De préférence, chaque élément de diffusion ED est réalisé sous la forme d'un nuage de points (ou centres) diffusants au moyen d'un faisceau laser qui est focalisé sensiblement sur la ligne de foyer LF afin de brûler ou déformer localement la matière constituant le coeur CG. Par ailleurs, les éléments de diffusion ED peuvent présenter différentes formes globales dès lors qu'elles sont adaptées à la diffusion des photons, comme illustré sur la figure 2. La taille typique d'un point (ou centre) diffusant est de l'ordre du micron. La distribution spatiale des points diffusants constituant un élément de diffusion ED peut être de forme tronconique ou cylindrique. Dans l'exemple de la figure 1, l'axe des cônes ou des cylindres est sensiblement aligné suivant la direction transversale Y. Par exemple, dans le cas d'une forme globale cylindrique circulaire, le diamètre de la section transverse (dans le plan XZ) d'un élément de diffusion ED peut être égal à environ 1 mm. D'autre part, les éléments de diffusion ED peuvent avoir une forme globale et/ou une densité et/ou une dispersion qui varie(nt) en fonction de leur éloignement par rapport à la source de lumière SL, selon les besoins, et notamment selon l'effet de style lumineux recherché. Par exemple, les éléments de diffusion ED peuvent présenter une section transverse (dans le plan XZ) qui croît avec leur éloignement par rapport à la source de lumière SL, de manière à offrir en sortie de la face avant FV au moins un faisceau de lumière réfléchie d'intensité sensiblement constante, et donc homogène. On comprendra en effet, que plus l'on s'éloigne de la source de lumière SL, moins le nombre de photons est élevé, et donc plus la section transverse d'un élément de diffusion ED doit être grande pour augmenter la probabilité qu'il puisse être atteint par des photons. En variante ou en complément, la densité d'un élément de diffusion ED (c'est-à-dire le nombre de points diffusants de son nuage au mm2) peut croître avec l'éloignement de ce dernier (ED) par rapport à la source de lumière SL. Cela permet également d'offrir en sortie de la face avant FV au moins un faisceau de lumière réfléchie dont la luminance est sensiblement constante, et donc l'aspect allumé homogène. On comprendra en effet, que plus l'on s'éloigne de la source de lumière SL, moins le nombre de photons est élevé, et donc plus la densité d'un élément de diffusion ED doit être grande pour augmenter la probabilité qu'il puisse être atteint par des photons, à volume constant. Egalement en variante ou en complément, la dispersion (ou la distance entre) des éléments de diffusion ED peut décroître avec l'éloignement de ces derniers (ED) par rapport à la source de lumière SL. Cela permet également d'offrir en sortie de la face avant FV au moins un faisceau de lumière réfléchie dont la luminance est sensiblement constante, et donc l'aspect allumé homogène. On comprendra en effet, que plus l'on s'éloigne de la source de lumière SL, moins le nombre de photons est élevé, et donc plus la dispersion des éléments de diffusion ED doit être petite pour augmenter la probabilité qu'ils puissent être atteint par des photons, à volume constant. En jouant sur la forme globale et/ou la densité et/ou la dispersion et/ou les zones de définition des éléments de diffusion ED sur toute l'étendue de la ligne de foyer LF, on peut délivrer en sortie du dispositif D un ou plusieurs faisceaux de lumière qui remplissent au moins partiellement de 1 o nombreuses fonctions photométriques différentes et/ou assurent de très nombreux effets de style lumineux différents, et notamment des effets de profondeur et/ou des effets de volume (ou 3D) et/ou des effets de gradient de luminosité. On entend ici par « effet de volume (ou 3D) » un effet volumique 15 donnant à un observateur une impression de masse et/ou d'épaisseur et/ou de caractère charnu lorsque le dispositif D fonctionne. On notera que pour augmenter encore plus le nombre d'effets de style lumineux différents, on peut également définir sur la face avant FV et/ou dans le coeur CG (par exemple sous la forme d'ensembles de points) des 20 lignes, éventuellement en relief (rainures ou nervures ou motifs tridimensionnels (3D), éventuellement réfléchissants)). L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : - une très grande variété d'effets de style lumineux (effets 3D, effet de profondeur, contrôle de la densité lumineuse de la fonction photométrique, 25 contrôle de l'homogénéité), - une réduction du nombre de composants du fait de l'absence de réflecteur, de miroir ou de dioptre additionnel, et donc une réduction du coût de fabrication, - l'utilisation de sources de lumière fortement collimatées, comme par 30 exemple des diodes laser, - un contrôle précis de la diffusion du faisceau lumineux lors de la définition des distributions lumineuses nécessaires à la signalisation, - une augmentation du rendement global de la fonction photométrique choisie, du fait de la précision de la définition des éléments de diffusion, notamment avec un faisceau laser.5

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'éclairage (D) comprenant au moins un guide de lumière (GL) s'étendant suivant une ligne et comportant deux extrémités (E1, E2) opposées, dont l'une au moins est couplée à une source de lumière (SL) générant des photons, et un coeur (CG) délimité par des faces avant (FV) et arrière (FR), caractérisé en ce que ladite face avant (FV) présente un premier profil de conique et ladite face arrière (FR) est métallisée et présente un second profil de conique associé à une ligne de foyer (LF) située dans ledit coeur (CG), et en ce que ledit coeur (CG) comprend sur au moins une partie de ladite ligne de foyer (LF) au moins un élément de diffusion (ED) propre à renvoyer certains photons qui l'atteignent vers ladite face arrière (FR) afin que cette dernière (FR) les réfléchissent vers ladite face avant (FV) suivant des directions sensiblement parallèles à une direction prédéfinie pour définir au moins un faisceau de lumière remplissant au moins partiellement une fonction photométrique et/ou assurant un effet de style lumineux.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de diffusion (ED) est défini dans ledit coeur (CG) sous la forme d'un nuage de points diffusants par un faisceau laser.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque élément de diffusion (ED) présente une forme globale choisie dans un groupe comprenant au moins une forme tronconique et une forme cylindrique.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits éléments de diffusion (ED) ont une forme globale et/ou une densité et/ou une dispersion variable(s) en fonction de leur éloignement par rapport à ladite source de lumière (SL).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits éléments de diffusion (ED) présentent une section transverse qui croît avec leur éloignement par rapport à ladite source de lumière (SL).
6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite densité d'un élément de diffusion (ED) croît avec son éloignementpar rapport à ladite source de lumière (SL).
7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite dispersion des éléments de diffusion (ED) décroît avec leur éloignement par rapport à ladite source de lumière (SL).
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit premier profil est semi circulaire.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit second profil est semi parabolique.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il la comprend au moins deux guides de lumière (GL) couplés respectivement à au moins deux sources de lumière (SL).
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'extrémité (E2) qui est opposée à ladite source de lumière (SL) est métallisée afin de réfléchir vers le coeur (CG) les photons qui l'atteignent. 15
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdites deux extrémités (E1, E2) sont respectivement couplées à deux sources de lumière (SL).
13. Bloc optique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif d'éclairage (D) selon l'une des revendications précédentes. 20
14. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un bloc optique selon la revendication 13.