WO2015036425A1 - Module d'éclairage pour véhicule - Google Patents

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WO2015036425A1
WO2015036425A1 PCT/EP2014/069270 EP2014069270W WO2015036425A1 WO 2015036425 A1 WO2015036425 A1 WO 2015036425A1 EP 2014069270 W EP2014069270 W EP 2014069270W WO 2015036425 A1 WO2015036425 A1 WO 2015036425A1
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WO
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laser
radiation
light
source
lighting module
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/069270
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Inventor
Pierre Albou
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Valeo Vision
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Publication date
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/67—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors
    • F21S41/675—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors by moving reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/16—Laser light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/663—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on light sources by switching light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/67—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors

Definitions

  • the present invention relates to a lighting module intended to be arranged in a headlight of a vehicle, in particular a motor vehicle and a method of producing a lighting beam produced by this lighting module.
  • the invention also relates to a projector comprising such a lighting module.
  • the invention also relates to a vehicle equipped with such a projector, preferably a pair of such projectors.
  • projectors equip the front of motor vehicles and are able to form light beams that are capable of performing different lighting functions taking into account traffic conditions, such as low beam functions, city , road or even anti-fog.
  • Adaptive projectors are known in the state of the art which are capable of forming advanced lighting beams, also called adaptive beams whose dimensions, intensity and / or direction are adjusted to fulfill such functions. These projectors make it possible in particular to perform directional lights functions, adaptive or glare-free high beam lights, comprising at least one beam masking zone in the areas where cross or tracked vehicles are located.
  • Each projector generally consists of several lighting modules to obtain sufficient light power to form a lighting beam.
  • Each of these lighting modules then forms part of the lighting beam of the headlamp by being turned on or off separately from each other.
  • lighting module is meant an assembly comprising at least one light source and an optical projection or reflection system.
  • the light source is a laser source.
  • the module then comprises a wavelength conversion device.
  • This laser light source of the lighting module is capable of emitting radiation towards a scanning system such as a micro-mirror mounted movably about two orthogonal axes.
  • This radiation is then deflected by this scanning system to at least one wavelength conversion device which comprises a substrate of reflective or transparent material on which is deposited a thin layer of phosphorescent material.
  • phosphorescent material a material having a phosphorescent effect, generally comprising different chemical elements, but not necessarily containing phosphorus.
  • the conversion device thereby being scanned by the scanning system, re-emits white light radiation to a projection optical system and thereby forms a portion of the projector's illumination beam.
  • the modules of such a projector are controlled by a control unit which controls the activation of the laser light sources and the scanning systems for carrying out the different lighting functions of the projector.
  • such a projector generally produces a lighting beam which may have color differences because each part of this beam is produced by each of these lighting modules and in particular because of the variability of the layers of phosphorescent material. from one module to another.
  • each lighting module equipping this projector is inefficient compared to the nominal power of laser sources: indeed, the laser power utilization rate is low because during use the laser is frequently under-watted to form a standard regulatory beam and avoid generating light spots in the beam that do not meet the regulatory maxima. This is necessary further to avoid visual discomfort for the driver, linked to too much illumination near the vehicle.
  • the subject of the invention is a lighting module for a motor vehicle headlamp comprising first and second sources of light radiation capable of emitting laser radiation to a wavelength conversion device which is capable of retransmitting light radiation to a projection optical system for producing a lighting beam, characterized in that the module comprises a single wavelength conversion device which is common to the laser radiation and the first source of light radiation is static or quasi-static, comprising at least a first source of laser light cooperating with a single reflector.
  • the second source of light radiation comprises at least one second laser light source which cooperates with at least one scanning system;
  • the reflector is static or quasi-static, mounted in rotation about a horizontal axis;
  • the first source of light radiation is arranged above an optical axis of the projection optical system
  • the at least one first laser light source is positioned above or behind the wavelength conversion device;
  • the reflector is positioned in front of the at least one first laser light source, above an optical axis of the projection optical system between the wavelength converting device and the projection optical system;
  • the reflector is a mirror made of metal, in particular an alloy based on aluminum;
  • the at least one first laser light source is capable of emitting laser radiation towards the reflector which is able to direct it towards an upper part of the surface of the wavelength conversion device;
  • the second source of light radiation, the reflector and the projection optical system are arranged on the same side of the wavelength conversion device;
  • the at least first and second laser light sources are laser diodes, in particular laser diodes having the same characteristics.
  • the invention also relates to a headlamp for a motor vehicle comprising a lighting module according to the invention, in particular a single lighting module according to the invention.
  • the object of the invention is a method for producing a lighting beam comprising the following steps:
  • first light beam providing a first portion of said illumination beam by means of a first source of light radiation having at least a first laser light source emitting laser radiation directed by a reflector to a length conversion device waveform, the wavelength converting device re-emitting light radiation to a projection optical system,
  • a second light beam providing a second portion of said illumination beam by means of a second source of light radiation having at least a second laser light source emitting laser radiation directed by a scanning system to said conversion device wavelength converting device that re-emits light radiation to the projection optical system, and
  • the lighting module and therefore the projector that understands it are of a design cost and a small footprint.
  • this lighting module makes it possible to carry out all the lighting functions taking account of the traffic conditions and regulations in the field, by including only a single device for converting wavelength and that a only optical projection system.
  • the generated beam is homogeneous in color and a precise superposition of the different beam portions is achieved without requiring mechanical adjustment between modules of the same projector, since it has only one module.
  • FIG. 1 is a schematic view of the lighting module according to this embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a lighting beam produced by the lighting module according to this embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a first light beam with a substantially horizontal cut-off of the illumination beam produced by the lighting module according to this embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a diagrammatic view of a part of the lighting module which is capable of producing the first light beam of the illumination beam according to this embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a representation of the definition of a vertical section of the reflector according to this embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a representation of the definition of a horizontal section of the reflector according to this embodiment of the invention.
  • the lighting module comprises first 1 and second 2 sources of light radiation. These first 1 and second 2 sources of light radiation are able to emit laser radiation L1, L2 to a conversion device 3 of wavelength, advantageously common, which is then able to transmit this beam to a projection optical system 4 .
  • this first source of light radiation 1 comprises: a first laser light source 9 and a reflector 10.
  • a first laser light source 9 does not comprise optical elements of focusing or other elements between the laser source and the reflector; the first laser light source 9 cooperates directly with the reflector 10.
  • optical elements may be provided to combine the laser beams from the different laser sources. These combination optical elements may for example be based on a mixture of the polarizations of the laser beams and / or a mixture of different wavelengths and / or a juxtaposition of the images of the laser sources.
  • the second source of light radiation 2 comprises a second laser light source 6, a scanning system 7 and focusing optical elements 8. These focusing optical elements 8 are located between the second laser light source 6 and the scanning system 7. Thanks to the scanning system, the image resulting from the conversion device is made dynamic and makes it possible to produce adaptive lighting beams.
  • the scanning system 7, the reflector 10 and the projection optical system 4 are located on the same side of the conversion device 3, that is to say that the conversion device 3 is used in reflection.
  • the first 9 and second 6 laser light sources are quasi-point light sources which consist of a laser diode emitting a visible beam whose wavelength is between 400 nanometers and 500 nanometers, and preferably around 450 or 460 nanometers. These wavelengths correspond to colors ranging from blue to near ultraviolet, this last color being rather located towards the wavelengths lower than 400 nanometers.
  • This laser diode may be provided with a single cavity and have a power of between about 1 and 3.5 watts, preferably 1, 6 watts or 3 watts.
  • This laser diode comprises an output facet whose dimensions can be of the order of 14 microns per 1 micron. It is capable of emitting a beam of elliptical section whose vertical and horizontal light intensity distribution profiles are Gaussian.
  • the first source of light radiation 1 is arranged substantially above the optical axis AO (in dotted lines) of the projection optical system 4, with:
  • the first laser light source 9 which can be positioned above and / or indented with respect to the wavelength conversion device 3, and
  • the reflector 10 which is positioned in front of the first laser light source 9, above the optical axis of the projection optical system 4 between the conversion device 3 and the projection optical system 4.
  • the first source of light radiation 1 is used to form the lower part projected on the road of the light beam generated by the module. This part of the beam is common to the different types of regulatory beams projected by the module and in particular the beam of low beam and high beam.
  • the first source of light radiation 1 is said to be static because it makes it possible to statically form an image on the wavelength conversion device 3.
  • this first source of light radiation 1 may be quasi-static since it may be displaced in particular at a low angular amplitude and especially at low speed, in particular to ensure a range correction which corresponds to small slow and global vertical movements to compensate the vehicle load or its dynamic reaction to braking and acceleration.
  • the first source of light radiation 1 is static, with a fixed mounted reflector 10, a range correction can be made in a conventional manner with mechanical means located outside the module and acting on the inclination of the light. whole module.
  • the reflector 10 is a static mirror, mounted fixed, or quasi-static, rotatably mounted about a horizontal axis to perform the required vertical range correction movements.
  • quasi-static means in the present application that it is animated by a low amplitude and low speed movement, less than 15 °. s -1 , preferably less than 10 °. s -1 , advantageously less than 4 °. s -1 .
  • the oscillation speed around the horizontal axis of the reflector 10 is at least ten times lower, preferably twenty times lower, preferably at least fifty times lower.
  • the reflector 10 may be made of metal, for example an aluminum-based alloy or be made of aluminized glass on at least one face.
  • This reflector 10 can be fixedly mounted relative to the first laser light source 9.
  • the reflector is quasi-static, that is to say that it can also be mounted so as to be mobile about a axis and driven for example by a servomotor or piezoelectric shims to perform range correction movements, as mentioned above.
  • This reflector 10 reflects laser radiation L1 from this first laser light source 9 to the wavelength conversion device 3.
  • the scanning system 7 of the second source of light radiation 2 relates, according to one preferred variant, to a micro-mirror that can be square in shape and each side of which can measure about 0.8 mm.
  • This micro-mirror is made mobile about two orthogonal axes from for example a MEMS device (acronym "Micro Electro Mechanical Systems” meaning “Micro Electromechanical Systems”).
  • the scanning system can be constituted by the association of two micro-mirrors, each being movable about a single axis, the two axes being orthogonal.
  • This scanning system 7 reflects L2 laser radiation from the second laser light source 6 to the wavelength conversion device 3. This radiation L2 can then be deflected in two directions by the scanning system 7.
  • the second laser light source 6 and the scanning system 7 can be included in a MOEMS (acronym for "Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems", meaning “microoptoelectromechanical system”).
  • An MOEMS is an optical system comprising, in the present case, at least one laser light source and a scanning system 7.
  • the MOEMS are compact, reliable, simple to use devices that allow high precision and accuracy. great flexibility of redirection of the L2 laser radiation towards the conversion device 3.
  • the second source of light radiation 2 comprises a single light source, it may however in an alternative for example include two laser light sources each emitting radiation to the same scanning system 7. alternatively, these two sources can each emit L2 radiation to separate scanning systems.
  • the lighting module may comprise three scanning systems 7 each equipped with one or more laser light sources. The creation of the lighting beam in its high part projected on the road is thus optimized.
  • the first source of light radiation 1 comprises a single laser source 9.
  • it may comprise more than one source, for example two laser sources each emitting radiation laser to the mirror 10, the rays of these two sources can optionally be combined before reaching the mirror.
  • the wavelength conversion device 3 included in the lighting module comprises a substrate forming a reflective support 12 which is covered by a continuous layer 11 of a phosphorescent material.
  • This support 12 of the conversion device 3 is chosen from materials that are thermally good conductors. Such materials thus enable the support 12 to limit the degradation of the layer 1 1 of phosphorescent material by restricting the temperature rise of the conversion device 3 and the layer 1 January.
  • the layer 1 1 in phosphorescent material is capable of reemitting a radiation 16 of white light. Indeed, when the first 1 and second 2 sources of light radiation respectively emit monochromatic and coherent laser radiation L1, L2 towards the conversion device 3, the latter receives this laser radiation L1, L2 and reemet a radiation 16 of white light which has a plurality of lengths of wave belonging to the spectrum of visible light and between about 400 nanometers and 800 nanometers.
  • This emission of white light occurs, according to a lambertian emission diagram, that is to say with a uniform luminance in all directions.
  • the substrate of this conversion device 3 is made for example of metal material, in particular aluminum.
  • This metal material constituting the substrate has good characteristics and properties in terms of conduction and thermal resistance.
  • the substrate advantageously makes it possible to limit the temperature of the layer 1 1 in phosphorescent material, by promoting the dissipation of heat.
  • this substrate can be exposed to laser powers without decomposing, which can be, for example, of the order of 15 watts.
  • the conversion device 3 is thus arranged in the lighting module so as to be able to receive laser radiation L1, L2 coming from the first light radiation source 1 and from the second light radiation source 2. therefore a conversion device 3 common to all laser light sources.
  • This conversion device 3 is situated in the vicinity of the focal plane of the projection optical system 4 which then forms at infinity an image of the layer 1 1 of phosphorescent material, or more exactly points of this layer 11 that emit light. light in response to the laser excitation resulting from the L1, L2 laser radiation they receive from the first 1 and second 2 sources of light radiation. More specifically, the projection optical system 4 forms a lighting beam 15 with the light radiation 16 emitted by the different points of the layer 1 1 of phosphorescent material illuminated by these laser radiation L1, L2.
  • the lighting beam 15 emerging from the lighting module is thus directly a function of the light rays emitted by the layer 1 1 of phosphorescent material, itself a function of the laser radiation L1, L2 absorbed by this layer January 1.
  • the laser radiation L2 coming from the second source of light radiation 2 forms an image to be projected by the optical projection system 4, by scanning by taking advantage of the retinal persistence and / or the metastability of the phosphorescent material.
  • first 1 and second 2 sources of light radiation, the conversion device 3 and the projection optical system 4 are included in this single lighting module that equips a projector.
  • This lighting module also comprises a control unit 5 which is able to drive the first 1 and second 2 sources of light radiation as a function of the desired photometry of the illumination beam 15 produced by this lighting module.
  • control unit 5 controls the scanning system 7 so that the laser radiation L2 successively scans all the zone points of the layer 1 1 of the phosphorescent material selected by this control unit 5.
  • the control unit 5 is able to define the areas of the 1 1 layer that should be scanned with laser radiation L2 so as to form an image on the layer January 1, such an image consisting of a succession of lines each formed of a succession of more or less bright points.
  • the control unit 5 also controls the activation and control of the power of the first 1 and second 2 laser light sources and, where appropriate, the modulation of the intensity of the laser radiation L1, L2. It will be noted that the points of the layer 1 1 of the phosphorescent material thus illuminated by the laser radiation L1, L2 emit light, with an intensity which is directly a function of the intensity of these laser radiation L1, L2 which illuminate these points, the emission taking place according to a Lambertian emission diagram.
  • this lighting module is able to emit a lighting beam 15.
  • This lighting beam 15 corresponds to the superposition of light beams resulting from the first 1 and second 2 sources of light radiation cooperating with the wavelength conversion device 3 and the projection optical system 4. This superposition may be partial or complete or only a fraction of the respective contours of these beams.
  • This lighting beam 15 may result from the superposition of at least two different light beams, here the first 14 and second 13 light beams, but also the superposition of more than two beams.
  • the second source of light radiation 2 can emit beams produced by several laser light sources cooperating with one or more scanning systems.
  • Figure 2 there is illustrated an example of a lighting beam 15 produced by the lighting module, said passing beam or code as appearing on a flat projection surface.
  • the plane projection surface is arranged facing the lighting module, perpendicularly to the optical axis of the latter.
  • This light beam 15 of the dipped beam type results from the superposition of the first light beam 14 and the second light beam 13.
  • the first light beam 14 is produced by the first source of light radiation 1.
  • This first beam 14 shown in FIG. 3, produces a horizontal cut-off line 18.
  • This horizontal cut-off line 18 is a limit lighting line above which it is forbidden to light the road. In countries with right-hand traffic, this cut-off line is horizontal across the width of the road and on the left-hand side of the road.
  • Figure 4 is shown a portion of the lighting module illustrated in Figure 1.
  • the first laser light source 9 is able to emit laser radiation L1 which is guided by the reflector 10 towards the upper part 23 of the conversion device 3, in the zone situated above the horizontal plane of the optical axis AO (shown in dashed lines), in order to concentrate the radiation exclusively under the horizontal cut-off line 18.
  • the conversion device 3 then re-emits a radiation 16 of white light to the projection optical system 4 which forms thus the first light beam 14.
  • the reflector 10 is calculated to produce this horizontal cutoff line 18 and a controlled energy distribution to produce this first light beam 14.
  • This first light beam 14 represents a portion of the lighting beam 15 which is common to all light beams regulatory, including crossing or road, likely to be produced by the lighting module.
  • This first light beam 14 generally corresponds to the lower part of the regulatory light beams.
  • These regulatory lighting beams correspond to the approved lighting configurations that fulfill the various lighting functions taking account of traffic conditions, such as, for example, dipped beam, city, highway, gantry or fog, etc.
  • this first light beam 14 fulfills a lighting function at the front of the vehicle on the ground up to about 0.5 to 1.5 degrees below the horizon.
  • the second light beam 13 produces a non-flat cut, having a horizontal segment 19 which extends into an inclined portion 17 forming an angle of about 10 to 60 degrees upwards relative to the horizontal.
  • the superposition of the second light beam 13 with the first light beam 14 has a covering area 20 which has a high light intensity.
  • This overlapping area 20 otherwise known as "light spot”, or “hot spot” is, generally, located in the center of a less intense halo of light.
  • This zone 20 is here positioned substantially at the center of the illumination beam 15 in the axis of said beam 15.
  • the headlamp is of the directional type, that is to say where the upper part of the beam (other than above the cutoff line) is shifted in the direction of the orientation of the front wheels of the vehicle, this zone 20 will undergo a displacement relative to the axis of the beam, according to the left or right orientation of the wheels.
  • the beam of illumination 15 of the type of dipped beam obtained has a non-flat cut line, essentially constituted a low horizontal portion 21, followed by a recess 17, consisting of an oblique segment at the projection of the optical axis, and a portion 22 substantially horizontal high.
  • a non-flat cut line essentially constituted a low horizontal portion 21, followed by a recess 17, consisting of an oblique segment at the projection of the optical axis, and a portion 22 substantially horizontal high.
  • Such a lighting beam 15 of the code type has the role of preventing the lighting of the vehicle from dazzling a driver in a vehicle in the opposite direction or the vehicle preceding it.
  • This beam example corresponding to a crossover beam is applicable to right-hand traffic. This example is of course directly transposable to traffic conditions on the left.
  • the illumination beam 15 produced by the illumination module is homogeneous because in this embodiment, the first laser light source 9 has the same characteristics as the second laser light source 6 and the latter both emit L1 radiation. , L2 to the same conversion device 3.
  • the lighting module is of course able to produce in the same way other lighting functions taking into account the traffic conditions and regulations in the field, including road beams adaptive or with anti-glare function.
  • the reflector 10 has a particular surface 24 which can be determined from the definition of the transformation by reflection on this surface 24 of a Gaussian elliptical beam from the first laser light source 9 whose intersection with the conversion device 3 forms an area defined by a horizontal cut.
  • this zone illuminated by the first laser light source 9 then goes from the conversion device 3 to become a quasi-Lambertian white light source which is imaged at infinity by the projection optical system 4.
  • FIGS. 5 and 6 determine sections of the reflector 10 by a vertical plane and a horizontal plane passing through a source point corresponding to the first laser light source 9.
  • These vertical and horizontal sections of the reflector 10 are determined by imposing the direction of a ray emitted by the first laser light source 9 and reflected along these sections of the reflector 10 at a current point so that the point d the impact of the vector reflected ray on the conversion device 3 describes a line
  • the orthonormal base of the plane is here defined by the coordinate system in O, x, y and z, whose center O is placed on the output of the first laser light source 9 and more precisely on the center of the exit facet of the diode.
  • the position of the current point is defined by
  • the position of the point of impact C is then imposed on the conversion device 3 defined by depending on the angle projected vertically or the horizontal projected angle ⁇ of the incident ray on the mirror 10, and then, with:
  • the differential equation in ⁇ ( ⁇ ) is: With regard to the vertical section, the differential equation in ⁇ ( ⁇ ) is:
  • ⁇ , ( ⁇ ) in order for the resulting surface to correspond to a materially realizable reflector: ⁇ , ( ⁇ ) must be monotonous and increasing.
  • the reflected ray is then determined from the current point from
  • This minimization is then performed by this algorithm for all the impact points that can be defined on the surface 24 of this reflector 10 by the first laser light source in order to produce the first light beam 14.
  • the method of determining the surface of the mirror 10 that has just been exposed in the case of a single laser source is transposable to a configuration in which the laser sources of the first light source 1 are combined.
  • the laser beams have a transverse section of Gaussian elliptical type and therefore have a large and a small axis.
  • the laser sources are then placed so that the plane of the major axes is that of the small axes are confused.
  • each laser beam is reflected on a dedicated portion of the mirror, calculated as previously detailed (each source is considered individually).
  • the mirror 10 will be cylindrical type, its cross section being calculated as detailed above for one of the laser sources and the laser sources of the first light source 1 are aligned along a line parallel to the axis of the mirror cylinder.
  • the second source of light radiation may be constructed in the same way as the first source of light radiation, with a fixed or quasi-static reflector instead of a scanning system.
  • the scanning variations of the conversion system to obtain an advanced lighting function can then be generated by resorting to a cache device, for example rotary, which will create cut lines.

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Abstract

L'invention concerne un module d'éclairage pour projecteur de véhicule automobile comprenant des première (1) et deuxième (2) sources de rayonnement lumineux aptes à émettre des rayonnements laser (L1, L2) vers un dispositif de conversion (3) de longueur d'onde qui est susceptible de réémettre un rayonnement (16) de lumière vers un système optique de projection (4) pour produire un faisceau d'éclairage (15), caractérisé en ce que le module comporte un seul dispositif de conversion (3) de longueur d'onde qui est commun aux rayonnements laser (L1, L2) et la première source de rayonnement lumineux (1) est statique ou quasi statique, comportant au moins une première source de lumière laser (9) coopérant avec un unique réflecteur (10).

Description

MODULE D'ECLAIRAGE POUR VEHICULE
La présente invention concerne un module d'éclairage destiné à être agencé dans un projecteur d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile et un procédé de réalisation d'un faisceau d'éclairage produit par ce module d'éclairage.
L'invention concerne également un projecteur comprenant un tel module d'éclairage.
L'invention concerne aussi un véhicule équipé d'un tel projecteur, de préférence d'une paire de tels projecteurs.
Traditionnellement, des projecteurs équipent l'avant de véhicules automobile et sont aptes à former des faisceaux d'éclairage qui sont susceptibles de remplir différentes fonctions d'éclairage tenant compte des conditions de circulation, comme par exemple des fonctions de feu de croisement, de ville, de route ou encore d'anti-brouillard.
On connaît dans l'état de l'art des projecteurs dits adaptatifs qui sont aptes à former des faisceaux d'éclairage avancés, également dits adaptatifs dont les dimensions, l'intensité et/ou la direction sont ajustées pour remplir de telles fonctions. Ces projecteurs permettent notamment de réaliser des fonctions de feux directionnels, de feux de route adaptatifs ou sans éblouissement, comportant au moins une zone de masquage du faisceau dans les zones où sont situés des véhicules croisés ou suivis.
Chaque projecteur est généralement constitué de plusieurs modules d'éclairage permettant d'obtenir une puissance lumineuse suffisante afin de former un faisceau d'éclairage. Chacun de ces modules d'éclairage forme alors une partie du faisceau d'éclairage du projecteur en étant allumé ou éteint séparément les uns par rapport aux autres. On entend par module d'éclairage, un ensemble comprenant au moins une source de lumière et un système optique de projection ou de réflexion.
En particulier et dans le cadre de la présente invention, la source de lumière est une source laser. Le module comporte alors un dispositif de conversion de longueur d'ondes.
Cette source de lumière laser du module d'éclairage est capable d'émettre un rayonnement en direction d'un système de balayage tel qu'un micro-miroir monté mobile autour de deux axes orthogonaux.
Ce rayonnement est ensuite dévié par ce système de balayage vers au moins un dispositif de conversion de longueur d'onde qui comprend un substrat en matériau réfléchissant ou transparent sur lequel est déposée une couche mince de matériau phosphorescent.
On notera dans le présent texte, on entend par « matériau phosphorescent » un matériau ayant un effet phosphorescent, comprenant généralement différents éléments chimiques, mais ne contenant pas nécessairement de phosphore.
Le dispositif de conversion, en étant ainsi balayé par le système de balayage, réémet un rayonnement de lumière blanche vers un système optique de projection et forme ainsi une partie du faisceau d'éclairage du projecteur.
Les modules d'un tel projecteur sont pilotés par une unité de commande qui contrôle l'activation des sources de lumière laser et les systèmes de balayage pour la réalisation des différentes fonctions d'éclairage du projecteur.
Cependant, un tel projecteur en comportant ainsi plusieurs modules d'éclairage est d'un encombrement conséquent.
De plus, il est d'une conception coûteuse et complexe du fait notamment qu'il requiert un temps important de réglage et un paramétrage précis de ces modules d'éclairage pour la configuration des différentes fonctions d'éclairage.
Du reste, un tel projecteur produit généralement un faisceau d'éclairage qui peut présenter des différences de couleurs du fait que chaque partie de ce faisceau est produite par chacun de ces modules d'éclairage et en raison notamment de la variabilité des couches de matériau phosphorescent d'un module à l'autre.
En outre, chaque module d'éclairage équipant ce projecteur est peu efficace par rapport à la puissance nominale des sources laser : en effet, le taux d'utilisation de la puissance du laser est faible car pendant son utilisation le laser est fréquemment sous-watté pour former un faisceau usuel réglementaire et éviter de générer des points lumineux dans le faisceau qui ne respecteraient pas les maxima réglementaires. Cela est nécessaire en outre pour éviter une gêne visuelle pour le conducteur, liée à un éclairement trop fort à proximité du véhicule.
La présente invention a pour objet de remédier en tout ou partie aux différents inconvénients cités précédemment. A cet égard, l'invention a pour objet un module d'éclairage pour projecteur de véhicule automobile comprenant des première et deuxième sources de rayonnement lumineux aptes à émettre des rayonnements laser vers un dispositif de conversion de longueur d'onde qui est susceptible de réémettre un rayonnement de lumière vers un système optique de projection pour produire un faisceau d'éclairage, remarquable en ce que le module comporte un seul dispositif de conversion de longueur d'onde qui est commun aux rayonnements laser et la première source de rayonnement lumineux est statique ou quasi statique, comportant au moins une première source de lumière laser coopérant avec un unique réflecteur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention :
- la deuxième source de rayonnement lumineux comporte au moins une deuxième source de lumière laser qui coopère avec au moins un système de balayage ;
- le réflecteur est statique ou quasi statique, monté en rotation autour d'un axe horizontal ;
- la première source de rayonnement lumineux est agencée au-dessus d'un axe optique du système optique de projection ;
- la au moins première source de lumière laser est positionnée au-dessus ou en retrait du dispositif de conversion de longueur d'onde ;
- le réflecteur est positionné devant la au moins première source de lumière laser, au-dessus d'un axe optique du système optique de projection entre le dispositif de conversion de longueur d'onde et le système optique de projection ;
- le réflecteur est un miroir réalisé en métal, notamment un alliage à base d'aluminium ;
- la au moins première source de lumière laser est apte à émettre un rayonnement laser vers le réflecteur qui est apte à le diriger vers une partie supérieure de la surface du dispositif de conversion de longueur d'onde ;
- la deuxième source de rayonnement lumineux, le réflecteur et le système optique de projection sont agencés du même côté du dispositif de conversion de longueur d'onde ;
- les au moins première et deuxième sources de lumière laser sont des diodes laser, notamment des diodes laser présentant les mêmes caractéristiques.
L'invention a également pour objet un projecteur pour véhicule automobile comportant un module d'éclairage selon l'invention, notamment un unique module d'éclairage selon l'invention. L'invention a pour dernier objet un procédé de réalisation d'un faisceau d'éclairage comprenant les étapes suivantes :
formation d'un premier faisceau lumineux réalisant une première partie dudit faisceau d'éclairage au moyen d'une première source de rayonnement lumineux comportant au moins une première source de lumière laser émettant un rayonnement laser dirigé par un réflecteur vers un dispositif de conversion de longueur d'onde, le dispositif de conversion de longueur d'onde réémettant un rayonnement de lumière vers un système optique de projection,
formation d'un deuxième faisceau lumineux réalisant une deuxième partie dudit faisceau d'éclairage au moyen d'une deuxième source de rayonnement lumineux comportant au moins une deuxième source de lumière laser émettant un rayonnement laser dirigé par un système de balayage vers ledit dispositif de conversion de longueur d'onde, le dispositif de conversion de longueur d'onde réémettant un rayonnement de lumière vers le système optique de projection, et
superposition au moins partielle des premier et deuxième faisceaux lumineux.
Avantageusement, on comprend que le module d'éclairage et par conséquent le projecteur qui le comprend sont d'un coût de conception et d'un encombrement faible.
En effet, ce module d'éclairage permet de réaliser toutes les fonctions d'éclairage tenant compte des conditions de circulation et de la réglementation en la matière, en ne comprenant qu'un unique dispositif de conversion de longueur d'onde et qu'un seul système optique de projection. Ainsi et avantageusement, le faisceau généré est homogène en couleur et une superposition précise des différentes parties de faisceau est réalisée sans nécessiter de réglage mécanique entre modules d'un même projecteur, puisqu'il ne comporte plus qu'un seul module.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux figures, réalisé à titre d'exemple indicatif et non limitatif :
- la figure 1 est une vue schématique du module d'éclairage selon ce mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique d'un faisceau d'éclairage produit par le module d'éclairage selon ce mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une représentation schématique d'un premier faisceau lumineux à coupure sensiblement horizontale du faisceau d'éclairage produit par le module d'éclairage selon ce mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 est une vue schématique d'une partie du module d'éclairage qui est apte à produire le premier faisceau lumineux du faisceau d'éclairage selon ce mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 5 est une représentation de la définition d'une coupe verticale du réflecteur selon ce mode de réalisation de l'invention, et
- la figure 6 est une représentation de la définition d'une coupe horizontale du réflecteur selon ce mode de réalisation de l'invention.
En référence à la figure 1 , le module d'éclairage selon ce mode de réalisation de l'invention comprend des première 1 et deuxième 2 sources de rayonnement lumineux. Ces première 1 et deuxième 2 sources de rayonnement lumineux sont aptes à émettre des rayonnements laser L1 , L2 vers un dispositif de conversion 3 de longueur d'onde, avantageusement commun, qui est susceptible de transmettre ensuite ce faisceau vers un système optique de projection 4.
Selon la variante de réalisation représentée, cette première source de rayonnement lumineux 1 comporte : une première source de lumière laser 9 et un réflecteur 10. Selon cette variante préférée avec une seule source de lumière laser 9, elle ne comporte pas d'éléments optiques de focalisation ou d'autre éléments entre la source laser et le réflecteur ; la première source de lumière laser 9 coopère directement avec le réflecteur 10. Dans une variante à plusieurs sources laser, non représentée, on pourra prévoir des éléments optiques pour combiner les rayons laser issus des différentes sources laser. Ces éléments optiques de combinaison peuvent par exemple être fondés sur un mélange des polarisations des rayons laser et/ou un mélange de longueurs d'ondes différentes et/ou une juxtaposition des images des sources laser.
Selon la variante de réalisation représentée, la deuxième source de rayonnement lumineux 2 comprend une deuxième source de lumière laser 6, un système de balayage 7 et des éléments optiques 8 de focalisation. Ces éléments optiques 8 de focalisation sont localisés entre la deuxième source lumière laser 6 et le système de balayage 7. Grâce au système à balayage, l'image issue du dispositif de conversion est rendue dynamique et permet de réaliser des faisceaux d'éclairage adaptatifs.
Le système de balayage 7, le réflecteur 10 et le système optique de projection 4 sont situés d'un même côté du dispositif de conversion 3, c'est-à-dire que le dispositif de conversion 3 est utilisé en réflexion. Les première 9 et deuxième 6 sources de lumière laser sont des sources de lumières quasi ponctuelles qui sont constituées d'une diode laser émettant un faisceau visible dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nanomètres et 500 nanomètres, et de préférence voisine de 450 ou 460 nanomètres. Ces longueurs d'onde correspondent à des couleurs allant du bleu au proche ultraviolet, cette dernière couleur étant plutôt située vers les longueurs d'onde inférieures à 400 nanomètres.
Cette diode laser peut être pourvu d'une seule cavité et avoir une puissance comprise entre environ 1 et 3,5 watts, de préférence 1 ,6 watts ou encore 3 watts. Cette diode laser comprend une facette de sortie dont les dimensions peuvent être de l'ordre de 14 μm par 1 μm. Elle est apte à émettre un faisceau de section elliptique dont les profils de répartition d'intensité lumineuse verticale et horizontale sont gaussiens.
Avantageusement, la première source de rayonnement lumineux 1 est agencée sensiblement au-dessus de l'axe optique AO (en pointillés) du système optique de projection 4, avec :
la première source de lumière laser 9 qui peut être positionnée au-dessus et/ou en retrait par rapport au dispositif de conversion 3 de longueur d'onde, et
le réflecteur 10 qui est positionné devant la première source de lumière laser 9, au-dessus de l'axe optique du système optique de projection 4 entre le dispositif de conversion 3 et le système optique de projection 4.
En effet, comme cela sera détaillé plus loin en référence aux figures 2 et 3, la première source de rayonnement lumineux 1 sert à former la partie inférieure projetée sur la route du faisceau lumineux généré par le module. Cette partie de faisceau est commune aux différents types de faisceaux réglementaires projetés par le module et notamment au faisceau de feu de croisement et de feu de route. La première source de rayonnement lumineux 1 est dite statique car elle permet de former de manière statique une image sur le dispositif de conversion 3 de longueur d'onde. Toutefois, cette première source de rayonnement lumineux 1 pourra être quasi statique car elle peut être déplacée selon notamment une faible amplitude angulaire et surtout à faible vitesse, notamment pour assurer une correction de portée qui correspond à de petits mouvements verticaux lents et globaux pour compenser la charge du véhicule ou sa réaction dynamique au freinage et à l'accélération. Dans le cas où la première source de rayonnement lumineux 1 est statique, avec un réflecteur 10 monté fixe, on pourra réaliser de manière classique une correction de portée avec des moyens mécaniques situés à l'extérieur du module et agissant sur l'inclinaison de l'ensemble du module. Le réflecteur 10 est un miroir statique, monté fixe, ou quasi statique, monté en rotation autour d'un axe horizontal afin de réaliser les mouvements verticaux de correction de portée requis. Par quasi statique on entend dans la présente demande qu'il est animé d'un mouvement de faible amplitude et de faible vitesse, inférieur à 15°. s-1, de préférence inférieur à 10°. s-1, avantageusement inférieur à 4°. s-1.
Par rapport au système de balayage 7 associé à la seconde source de lumière laser 6, qui comporte au moins un micro-miroir mobile autour d'un axe horizontal, la vitesse d'oscillation autour de l'axe horizontal du réflecteur 10 est au moins dix fois plus faible, de préférence vingt fois plus faible, préférentiellement au moins cinquante fois plus faible.
Le réflecteur 10 peut être réalisé en métal, par exemple en un alliage à base d'aluminium ou encore être en verre aluminé sur au moins une face.
Il est de petite dimension et peut avoir les dimensions suivantes : une hauteur d'environ 1 ,5 à 6 mm, et une largeur d'environ 5,5 à 20 mm. Ce réflecteur 10 peut être monté fixe par rapport à la première source de lumière laser 9. Dans une variante d'exécution, le réflecteur est quasi statique, c'est-à-dire qu'il peut également être monté mobile autour d'un axe et piloté par exemple par un servomoteur ou des cales piézoélectriques pour réaliser les mouvements de correction de portée, comme mentionné plus haut.
Ce réflecteur 10 réfléchit un rayonnement laser L1 provenant de cette première source de lumière laser 9 vers le dispositif de conversion 3 de longueur d'onde.
Le système de balayage 7 de la deuxième source de rayonnement lumineux 2 concerne selon une variante préférée un micro-miroir pouvant être de forme carrée et dont chaque côté peut mesurer environ 0,8mm. Ce micro-miroir est rendu mobile autour de deux axes orthogonaux à partir par exemple d'un dispositif MEMS (acronyme « Micro Electro Mechanical Systems » signifiant « Micro Systèmes Electromécaniques »). Selon une autre variante d'exécution, le système de balayage peut être constitué par l'association de deux micro-miroirs, chacun étant mobile autour d'un seul axe, les deux axes étant orthogonaux.
Ce système de balayage 7 réfléchit un rayonnement laser L2 provenant de la deuxième source de lumière laser 6 vers le dispositif de conversion 3 de longueur d'onde. Ce rayonnement L2 peut alors être dévié selon deux directions par le système de balayage 7.
Dans une variante, la deuxième source de lumière laser 6 et le système de balayage 7 peuvent être compris dans un MOEMS (acronyme de « Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems », signifiant « système microoptoélectromécanique »). Un MOEMS est un système optique comprenant, dans le cas présent, au moins une source de lumière laser et un système de balayage 7. Les MOEMS sont des dispositifs compacts, fiables, simples à utiliser et qui permettent une grande précision et une grande flexibilité de redirection du rayonnement laser L2 vers le dispositif de conversion 3.
Bien que dans le présent mode de réalisation, la deuxième source de rayonnement lumineux 2 comporte une unique source de lumière, elle peut cependant dans une alternative comprendre par exemple deux sources de lumière laser émettant chacune un rayonnement vers un même système de balayage 7. Dans une variante, ces deux sources peuvent émettre chacune un rayonnement L2 vers des systèmes de balayage distincts.
Par exemple, le module d'éclairage peut comprendre trois systèmes de balayage 7 équipés chacun d'une ou de plusieurs sources de lumière laser. La création du faisceau d'éclairage dans sa partie haute projetée sur la route est ainsi optimisée.
De même, dans le mode de réalisation décrit, la première source de rayonnement lumineux 1 comporte une unique source laser 9. Dans le cadre de l'invention, elle pourra comporter plus d'une source, par exemple deux sources laser émettant chacune un rayonnement laser vers le miroir 10, les rayons de ces deux sources pouvant le cas échéant être combinés avant d'atteindre le miroir.
Le dispositif de conversion 3 de longueur d'onde compris dans le module d'éclairage comporte un substrat formant un support 12 réfléchissant qui est recouvert d'une couche 1 1 continue d'un matériau phosphorescent.
Ce support 12 du dispositif de conversion 3 est choisi parmi des matériaux qui sont thermiquement bons conducteurs. De tels matériaux permettent ainsi au support 12 de limiter la dégradation de la couche 1 1 de matériau phosphorescent en restreignant l'élévation de température du dispositif de conversion 3 et de la couche 1 1 .
La couche 1 1 en matériau phosphorescent est apte à réémettre un rayonnement 16 de lumière blanche. En effet, lorsque les première 1 et deuxième 2 sources de rayonnement lumineux émettent respectivement un rayonnement laser L1 , L2 monochromatique et cohérent en direction du dispositif de conversion 3, ce dernier reçoit ce rayonnement laser L1 , L2 et réémet un rayonnement 16 de lumière blanche qui comporte une pluralité de longueurs d'onde appartenant au spectre de la lumière visible et comprises entre environ 400 nanomètres et 800 nanomètres.
Cette émission de lumière blanche se produit, selon un diagramme d'émission lambertienne, c'est-à-dire avec une luminance uniforme dans toutes les directions.
Le substrat de ce dispositif de conversion 3 est réalisé par exemple en matière métallique, notamment en aluminium. Cette matière métallique constituant le substrat présente de bonne caractéristiques et propriétés en matière de conduction et de résistance thermique. Ainsi, le substrat permet avantageusement de limiter la température de la couche 1 1 en matériau phosphorescent, en favorisant la dissipation de chaleur.
De plus, ce substrat peut être exposé à des puissances lasers sans se décomposer, lesquelles peuvent être, par exemple, de l'ordre de 15 watts.
Ainsi, le dispositif de conversion 3 est donc agencé dans le module d'éclairage de façon à pouvoir recevoir des rayonnements laser L1 , L2 provenant de la première source de rayonnement lumineux 1 et de la deuxième source de rayonnement lumineux 2. Il s'agit donc d'un dispositif de conversion 3 commun à l'ensemble des sources de lumière laser. Ce dispositif de conversion 3 est situé au voisinage du plan focal du système optique de projection 4 qui forme alors à l'infini une image de la couche 1 1 de matériau phosphorescent, ou plus exactement des points de cette couche 1 1 qui émettent de la lumière en réponse à l'excitation laser résultant des rayonnements laser L1 , L2 qu'ils reçoivent des première 1 et deuxième 2 sources de rayonnement lumineux. Plus précisément, le système optique de projection 4 forme un faisceau d'éclairage 15 avec le rayonnement de lumière 16 émis par les différents points de la couche 1 1 de matériau phosphorescent illuminés par ces rayonnements laser L1 , L2.
Le faisceau d'éclairage 15 émergeant du module d'éclairage est ainsi directement fonction des rayons lumineux émis par la couche 1 1 de matériau phosphorescent, lui-même fonction des rayonnements laser L1 , L2 absorbées par cette couche 1 1 .
On notera que le rayonnement laser L2 provenant de la deuxième source de rayonnement lumineux 2 forme une image à projeter par le système optique de projection 4, par balayage en profitant de la persistance rétinienne et/ou de la métastabilité du matériau phosphorescent.
En outre, les première 1 et deuxième 2 sources de rayonnement lumineux, le dispositif de conversion 3 et le système optique de projection 4 sont compris dans cet unique module d'éclairage qui équipe un projecteur.
Dès lors, ces première 1 et deuxième 2 sources de rayonnement lumineux partagent les mêmes dispositif de conversion 3 et système optique de projection 4. Ainsi, l'encombrement du module d'éclairage mais également celui du projecteur dans lequel il est monté, s'en trouve fortement réduit.
Ce module d'éclairage comporte également, une unité de commande 5 qui est apte à piloter les première 1 et deuxième 2 sources de rayonnement lumineux en fonction de la photométrie désirée du faisceau d'éclairage 15 produit par ce module d'éclairage.
En particulier, l'unité de commande 5 pilote le système de balayage 7 pour que le rayonnement laser L2 balaye successivement tous les points de zones de la couche 1 1 du matériau phosphorescent sélectionnées par cette unité de commande 5. Ainsi, elle est apte à définir les zones de la couche 1 1 qu'il convient de balayer avec les rayonnements laser L2 de manière à former une image sur cette couche 1 1 , une telle image étant constituée d'une succession de lignes formées chacune d'une succession de points plus ou moins lumineux.
L'unité de commande 5 pilote aussi l'activation et le contrôle de la puissance des première 1 et deuxième 2 sources de lumière laser et le cas échéant, la modulation de l'intensité des rayonnements laser L1 , L2. On notera que les points de la couche 1 1 du matériau phosphorescent ainsi éclairés par les rayonnements laser L1 , L2 émettent de la lumière, avec une intensité qui est directement fonction de l'intensité de ces rayonnements laser L1 , L2 qui éclairent ces points, l'émission s'effectuant selon un diagramme d'émission lambertienne.
Selon l'invention, ce module d'éclairage est apte à émettre un faisceau d'éclairage 15.
Ce faisceau d'éclairage 15 correspond à la superposition de faisceaux lumineux résultant des première 1 et deuxième 2 sources de rayonnement lumineux coopérant avec le dispositif de conversion 3 de longueur d'onde et le système optique de projection 4. Cette superposition peut être partielle ou complète ou encore ne concerner qu'une fraction des contours respectifs de ces faisceaux.
Ce faisceau d'éclairage 15 peut résulter de la superposition d'au moins deux faisceaux lumineux différents, ici les premier 14 et deuxième 13 faisceaux lumineux, mais également de la superposition de plus de deux faisceaux. En effet, ainsi que nous l'avons déjà évoqué, la deuxième source de rayonnement lumineux 2 peut émettre des faisceaux produits par plusieurs sources de lumière laser coopérant avec un ou plusieurs systèmes de balayage. A la figure 2, est illustré un exemple de faisceau d'éclairage 15 produit par le module d'éclairage, dit faisceau de croisement ou de code tel qu'apparaissant sur une surface plane de projection.
La surface plane de projection est disposée face au module d'éclairage, perpendiculairement à l'axe optique de ce dernier.
Ce faisceau d'éclairage 15 de type feu de croisement résulte de la superposition du premier faisceau lumineux 14 et du deuxième faisceau lumineux 13.
Le premier faisceau lumineux 14 est produit par la première source de rayonnement lumineux 1 . Ce premier faisceau 14 représenté sur la figure 3, réalise une ligne de coupure horizontale 18. Cette ligne de coupure horizontale 18 est une ligne d'éclairage limite au-dessus de laquelle il est interdit d'éclairer la route. Dans les pays à circulation à droite, cette ligne de coupure est horizontale sur toute la largeur de la route et sur le bas-côté gauche de la route.
A la figure 4 est représenté une partie du module d'éclairage illustré en figure 1 . Dans cette partie du module d'éclairage, la première source de lumière laser 9 est apte à émettre un rayonnement laser L1 qui est guidé par le réflecteur 10 vers la partie supérieure 23 du dispositif de conversion 3, dans la zone située au-dessus du plan horizontal de l'axe optique AO (représenté en pointillés), afin de concentrer le rayonnement exclusivement sous la ligne de coupure horizontale 18. Le dispositif de conversion 3 réémet ensuite un rayonnement 16 de lumière blanche vers le système optique de projection 4 qui forme ainsi le premier faisceau lumineux 14.
En particulier, le réflecteur 10 est calculé pour réaliser cette ligne de coupure horizontale 18 ainsi qu'une répartition d'énergie maîtrisée pour produire ce premier faisceau lumineux 14. Ce premier faisceau lumineux 14 représente une portion du faisceau d'éclairage 15 qui est commune à tous les faisceaux d'éclairage réglementaires, notamment de croisement ou route, susceptibles d'être produits par le module d'éclairage. Ce premier faisceau lumineux 14 correspond généralement à la partie basse des faisceaux d'éclairage réglementaires.
Ces faisceaux d'éclairage réglementaires correspondent aux configurations d'éclairages homologuées qui remplissent les différentes fonctions d'éclairage tenant compte des conditions de circulation, comme par exemple des fonctions de feu de croisement, de ville, d'autoroute, de portique ou encore de brouillard, etc..
On notera que ce premier faisceau lumineux 14 rempli une fonction d'éclairage à l'avant du véhicule sur le sol jusqu'à environ 0,5 à 1 ,5 degrés en dessous de l'horizon.
Le deuxième faisceau lumineux 13 réalise une coupure non plate, présentant un segment horizontal 19 qui se prolonge en une partie inclinée 17 formant un angle d'environ 10 à 60 degrés vers le haut par rapport à l'horizontale.
La superposition du deuxième faisceau lumineux 13 avec le premier faisceau lumineux 14 présente une zone 20 de recouvrement qui présente une intensité lumineuse importante.
Cette zone 20 de recouvrement autrement appelée « spot lumineux », ou « point chaud » est, généralement, située au centre d'un halo de lumière moins intense. Cette zone 20 est ici positionnée sensiblement au centre du faisceau d'éclairage 15 dans l'axe dudit faisceau 15. Dans une configuration où le projecteur est du type directionnel, c'est-à-dire où la partie haute du faisceau (au-dessus de la ligne de coupure) est décalée dans la direction de l'orientation des roues avant du véhicule, cette zone 20 subira un déplacement par rapport à l'axe du faisceau, selon l'orientation à gauche ou à droite des roues.
Ainsi, le faisceau d'éclairage 15 du type feu de croisement obtenu présente une ligne de coupure non plate, essentiellement constituée d'une partie 21 horizontale basse, suivie d'un décrochement 17, consistant en un segment oblique au niveau de la projection de l'axe optique, puis d'une partie 22 sensiblement horizontale haute. Une telle configuration permet de ne pas éblouir les conducteurs croisés, à gauche dans l'exemple considéré, tout en assurant un éclairage optimal sur la droite de la route.
Un tel faisceau d'éclairage 15 du type code a pour rôle d'éviter que l'éclairage du véhicule n'éblouisse un conducteur dans un véhicule en sens inverse ou le véhicule le précédant.
Cet exemple de faisceau correspondant à un faisceau d'éclairage 15 de croisement est applicable à la circulation à droite. Cet exemple est bien sur directement transposable à des conditions de circulation à gauche.
Le faisceau d'éclairage 15 produit par le module d'éclairage est homogène car dans ce mode de réalisation, la première source de lumière laser 9 présente les mêmes caractéristiques que la deuxième source de lumière laser 6 et ces dernières émettent toutes deux des rayonnements L1 , L2 vers le même dispositif de conversion 3. Le module d'éclairage est bien sûr apte à produire de la même façon d'autres fonctions d'éclairage tenant compte des conditions de circulation et de la réglementation en la matière, notamment des faisceaux route adaptatifs ou avec fonction anti-éblouissement.
On comprend bien que du fait de l'absence de système de balayage au niveau de la première source lumineuse, et de la nature statique ou quasi statique de la partie de faisceau générée par la première source lumineuse, le potentiel de la ou des source(s) laser de la première source lumineuse peut être exploité de manière optimale et le rendement du module est amélioré. Le réflecteur 10 présente une surface 24 particulière qui peut être déterminée à partir de la définition de la transformation par réflexion sur cette surface 24 d'un faisceau elliptique gaussien issu de la première source de lumière laser 9 dont l'intersection avec le dispositif de conversion 3 forme une zone délimitée par une coupure horizontale.
Ainsi que nous l'avons vu, cette zone éclairée par la première source de lumière laser 9 va ensuite à partir du dispositif de conversion 3 devenir une source lumineuse blanche quasi lambertienne qui est imagée à l'infini par le système optique de projection 4.
On notera que du fait de la nature gaussienne du faisceau elliptique de la première source de lumière laser 9, il est possible de connaître par avance la répartition d'énergie résultant de ce faisceau sur le dispositif de conversion 3. Ainsi que l'illustrent les figures 5 et 6, on détermine alors des coupes du réflecteur 10 par un plan vertical et un plan horizontal passant par un point source correspondant à la première source de lumière laser 9.
Ces coupes verticale et horizontale du réflecteur 10 sont déterminées en imposant la direction d'un rayon émis par la première source de lumière laser 9 et réfléchi le long de ces coupes du réflecteur 10 au niveau d'un point courant de sorte que le point d'impact du rayon réfléchi r de vecteur sur le dispositif de conversion 3 décrive une ligne
Figure imgf000019_0001
horizontale pour la coupe horizontale et une ligne verticale dans le cas de la coupe verticale.
On précise que sur les figures 5 et 6, la base orthonormée du plan est ici définie par le repère en O, x, y et z, dont le centre O est placé sur la sortie de la première source de lumière laser 9 et plus précisément sur le centre de la facette de sortie de la diode. On a également un vecteur représentant la direction du rayon incident sur le réflecteur 10 et un vecteur perpendiculaire à et on pose alors
Figure imgf000020_0004
Figure imgf000020_0005
pour
Figure imgf000020_0006
- pour la coupe horizontale :
Figure imgf000020_0001
, .. .
- pour la coupe verticale :
Figure imgf000020_0002
La position du point courant est définie par
Figure imgf000020_0003
On impose alors la position du point d'impact C sur le dispositif de conversion 3 défini par
Figure imgf000020_0008
en fonction de l'angle
Figure imgf000020_0009
projeté vertical ou l'angle φ projeté horizontal du rayon incident
Figure imgf000020_0013
sur le miroir 10, et alors, avec :
Figure imgf000020_0007
pour la coupe horizontale :
Figure imgf000020_0010
pour la coupe verticale
Figure imgf000020_0011
D étant la position du système de conversion 3 le long de l'axe optique par rapport à la position de la première source laser 9.
Ainsi, les deux coupes recherchées sont alors solutions d'équations différentielles qui s'écrivent sous une forme canonique. Ces équations différentielles sont issues de la loi de la réflexion exprimée sous forme vectorielle.
Concernant la coupe horizontale, l'équation différentielle en ρ(φ) est :
Figure imgf000020_0012
S'agissant de la coupe verticale l'équation différentielle en ρ(θ) est :
Figure imgf000021_0001
Ces équations différentielles peuvent être facilement résolues numériquement à partir de méthodes d'analyse numérique d'approximation de solutions d'équations différentielles comme par exemple la méthode de Runge-Kutta.
On obtient alors les deux coupes horizontale et verticale du réflecteur 10 en mettant en œuvre une de ces méthodes, et en imposant les critères suivants :
pour assurer l'existence de la coupure horizontale :
Figure imgf000021_0002
doit être monotone et continue pour doit
Figure imgf000021_0003
Figure imgf000021_0004
être monotone et continue pour et
Figure imgf000021_0005
- pour que la surface obtenue corresponde à un réflecteur 10 matériellement réalisable : ν,(φ) doit être monotone et croissante.
Une fois ces deux coupes du réflecteur 10 obtenues, il convient de déterminer le reste de la surface 24 du réflecteur 10, c'est-à-dire les points courant de cette surface 24 qui ne sont pas compris au niveau de ces coupes du réflecteur 10.
Pour ce faire, on utilise alors une méthode dite de différences finies qui permet une résolution point par point par optimisation sous contrainte. Plus précisément, pour un point courant si autour de la position de ce
Figure imgf000021_0006
point des points voisins sont connus, on peut approximer la
Figure imgf000021_0007
normale à la surface de ce point par produit vectoriel avec les deux
Figure imgf000021_0008
points voisins
Figure imgf000021_0009
Soit alors :
avec
Figure imgf000022_0001
On obtient alors :
Figure imgf000022_0004
Ces deux points voisins
Figure imgf000022_0005
peuvent être des points compris sur les coupes verticale et horizontale et par la suite ils peuvent concerner des points qui auront été résolus par cette méthode de différences finies.
On notera que par ce point courant
Figure imgf000022_0006
passe un rayon incident émis par la première source de lumière laser 9, qui est défini par un vecteur incident suivant :
Figure imgf000022_0007
On détermine ensuite le rayon réfléchi
Figure imgf000022_0009
du point courant à partir de
Figure imgf000022_0010
cette normale
Figure imgf000022_0008
avec :
Figure imgf000022_0002
On peut donc définir le point d'impact à partir du point
Figure imgf000022_0011
courant et du rayon réfléchi et des coordonnées d'un point
Figure imgf000022_0014
Figure imgf000022_0013
Figure imgf000022_0003
d'impact idéal, lesquelles sont comprises sur les coupes verticale et horizontale, soit alors :
Figure imgf000022_0012
avec : et μ est la distance
Figure imgf000023_0002
Figure imgf000023_0001
Les coordonnées du point d'impact sont alors égales à
Figure imgf000023_0003
Figure imgf000023_0004
Par la suite, une minimisation sous contraintes est alors réalisée pour déterminer la position x du point courant Il s'agit ici de minimiser
Figure imgf000023_0005
la distance du point d'impact P, sur le dispositif de conversion 3 du rayon réfléchi par rapport à un point d'impact idéal considéré dont les
Figure imgf000023_0006
coordonnées sont sur des coupes verticale et horizontale.
Soit :
Figure imgf000023_0007
Cette minimisation doit être réalisée avec les contraintes suivantes :
la coordonnée latérale du point d'impact P, ne doit pas être
Figure imgf000023_0008
de signe opposé à la coordonnée latérale y(j) du point courant Pi;j pour ne pas changer de côté par rapport au plan vertical contenant l'axe optique et éviter ainsi de générer une ligne brillante au milieu du premier faisceau lumineux 14. On pose alors que :
Figure imgf000023_0009
; la coordonnée verticale du point d'impact doit être
Figure imgf000023_0011
Figure imgf000023_0010
supérieure ou égale à
Figure imgf000023_0012
pour ne pas dépasser la ligne horizontale inférieure. On a
Figure imgf000023_0013
Cette minimisation peut être effectuée à partir d'un algorithme de type « inner point » dont le fonctionnement est notamment décrit dans la publication scientifique ayant pour titre "An interior algorithm for nonlinear optimization that combines line search and trust région steps ", et dont les auteurs sont R.A. Waltz, J.L. Morales, J. Nocedal, et D. Orban. Cette publication est extraite de l'ouvrage intitulé « Mathematical Programming », Vol 107, No. 3, pages. 391-408, publié en 2006.
Cette minimisation est alors par la suite réalisée par cet algorithme pour tous les points d'impact susceptibles d'être définis sur la surface 24 de ce réflecteur 10 par la première source de lumière laser afin de produire le premier faisceau lumineux 14.
Ainsi, en définissant la transformation par réflexion sur le réflecteur du faisceau elliptique gaussien issu de la première source de lumière laser 9 vers le dispositif de conversion 3, il est alors possible de déterminer la surface 24 particulière de ce réflecteur 10.
On comprend bien qu'en choisissant de manière adéquate les fonctions on détermine la répartition du flux lumineux dans
Figure imgf000024_0001
la projection sur la route en fonction des spécifications de la photométrie désirée.
La méthode de détermination de la surface du miroir 10 qui vient d'être exposée dans le cas d'une source laser unique est transposable à une configuration dans laquelle les sources laser de la première source lumineuse 1 sont combinées. Dans ce cas, on prendra comme centre O du référentiel le centre de la source laser virtuelle résultant de la combinaison des rayons.
Avant d'aborder les autres configurations possibles, on rappellera que les rayons lasers ont une section transverse de type elliptique gaussien et comportent donc un grand et un petit axe. Dans le cas où les rayons des sources laser ne sont pas combinés, les sources laser sont alors placées de sorte que soit le plan des grands axes soit celui des petits axes soient confondus.
Si les rayons ne se chevauchent pas (pour une largeur à 1/e2) alors chaque rayon laser se réfléchit sur une portion dédiée du miroir, calculée comme détaillé précédemment (chaque source est considérée individuellement).
S'il y a superposition des rayons laser, alors le miroir 10 sera de type cylindrique, sa section droite étant calculée comme détaillé précédemment pour une des sources laser et les sources laser de la première source lumineuse 1 sont alignées selon une droite parallèle à l'axe du cylindre du miroir.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci- après. En particulier, dans le cadre de la présente invention, la deuxième source de rayonnement lumineux pourra être construite de la même manière que la première source de rayonnement lumineux, avec un réflecteur fixe ou quasi statique au lieu d'un système à balayage. Les variations de balayage du système de conversion pour obtenir une fonction d'éclairage avancée pourront être alors générées en recourant à un dispositif de cache, par exemple rotatif, qui va créer des lignes de coupure.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Module d'éclairage pour projecteur de véhicule automobile comprenant des première (1 ) et deuxième (2) sources de rayonnement lumineux aptes à émettre des rayonnements laser (L1 , L2) vers un dispositif de conversion (3) de longueur d'onde qui est susceptible de réémettre un rayonnement (16) de lumière vers un système optique de projection (4) pour produire un faisceau d'éclairage (15), caractérisé en ce que le module comporte un seul dispositif de conversion (3) de longueur d'onde qui est commun aux rayonnements laser (L1 , L2) et la première source de rayonnement lumineux (1 ) est statique ou quasi statique, comportant au moins une première source de lumière laser (9) coopérant avec un unique réflecteur (10).
2. Module d'éclairage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième source de rayonnement lumineux (2) comporte au moins une deuxième source de lumière laser (6) qui coopère avec au moins un système de balayage (7).
3. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réflecteur (10) est statique.
4. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le réflecteur (10) est quasi statique, monté en rotation autour d'un axe horizontal.
5. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première source de rayonnement lumineux (1 ) est agencée au-dessus d'un axe optique du système optique de projection (4).
6. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première source de lumière laser (9) est positionnée au-dessus ou en retrait du dispositif de conversion (3) de longueur d'onde.
7. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réflecteur (10) est positionné devant la première source de lumière laser (9), au-dessus d'un axe optique du système optique de projection (4) entre le dispositif de conversion (3) de longueur d'onde et le système optique de projection (4).
8. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réflecteur (10) est un miroir réalisé en métal, notamment un alliage à base d'aluminium.
9. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première source de lumière laser (9) est apte à émettre un rayonnement laser (L1 ) vers le réflecteur (10) qui est apte à le diriger vers une partie supérieure (23) de la surface du dispositif de conversion (3) de longueur d'onde.
10. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la deuxième source de rayonnement lumineux (2), le réflecteur (10) et le système optique de projection (4) sont agencés du même côté du dispositif de conversion (3) de longueur d'onde.
1 1 . Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les première (9) et deuxième (6) sources de lumière laser sont des diodes laser, notamment des diodes laser présentant les mêmes caractéristiques.
12. Projecteur pour véhicule automobile comportant un module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, notamment un unique module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes.
13. Procédé de réalisation d'un faisceau d'éclairage (15) comprenant les étapes suivantes :
formation d'un premier faisceau lumineux (14) réalisant une première partie dudit faisceau d'éclairage (15) au moyen d'une première source de rayonnement lumineux (1 ) comportant au moins une première source de lumière laser (9) émettant un rayonnement laser (L1 ) dirigé par un réflecteur (10) vers un dispositif de conversion (3) de longueur d'onde, le dispositif de conversion (3) de longueur d'onde réémettant un rayonnement de lumière vers un système optique de projection (4),
formation d'un deuxième faisceau lumineux (13) ) réalisant une deuxième partie dudit faisceau d'éclairage (15) au moyen d'une deuxième source de rayonnement lumineux (2) comportant au moins une deuxième source de lumière laser (6) émettant un rayonnement laser (L2) dirigé par un système de balayage (7) vers ledit dispositif de conversion (3) de longueur d'onde, le dispositif de conversion (3) de longueur d'onde réémettant un rayonnement de lumière vers le système optique de projection (4), et
superposition au moins partielle des premier (14) et deuxième (13) faisceaux lumineux.
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