FR3075924B1 - BRIGHT BEAM SCANNING LIGHT MODULE, IN PARTICULAR FOR A MOTOR VEHICLE, EQUIPPED WITH A TWO-LENS FOCUSING SYSTEM, AND A LIGHTING DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un module lumineux (1) à balayage de faisceau lumineux, notamment pour projecteur de véhicule automobile, comprenant une source de lumière (3) configurée pour générer un faisceau de lumière (4) qui présente un axe lent et un axe rapide, un élément de conversion (7) de longueur d'onde présentant une surface de conversion, et des moyens de balayage (5) agencés pour balayer la surface de conversion avec le faisceau de lumière (4), le module lumineux (1) comprenant en outre un système de focalisation (2) agencé pour focaliser le faisceau lumineux (4) sur l'élément de conversion (7), le système de focalisation (2) comprenant une première lentille (8) convergente configurée pour faire converger le faisceau lumineux (4) selon les axes rapide et lent de manière à adapter la largeur du faisceau lumineux (4) selon l'axe rapide aux dimensions des moyens de balayage (5), le système de focalisation comprenant une deuxième lentille (9) sensiblement cylindrique configurée pour faire converger le faisceau lumineux selon l'axe lent seulement de manière à ce que la deuxième lentille (9) adapte la largeur du faisceau lumineux (4) selon l'axe lent aux dimensions des moyens de balayage (5) sans modifier le faisceau lumineux (4) selon l'axe rapide.The invention relates to a light beam scanning light module (1), in particular for a motor vehicle headlamp, comprising a light source (3) configured to generate a light beam (4) which has a slow axis and a fast axis. , a wavelength conversion element (7) having a conversion surface, and scanning means (5) arranged to scan the conversion surface with the light beam (4), the light module (1) comprising further a focusing system (2) arranged to focus the light beam (4) on the conversion element (7), the focusing system (2) comprising a first converging lens (8) configured to converge the light beam (4) along the fast and slow axes so as to adapt the width of the light beam (4) along the fast axis to the dimensions of the scanning means (5), the focusing system comprising a second substantially cylindrical lens (9) risk configured to converge the light beam along the slow axis only so that the second lens (9) adapts the width of the light beam (4) along the slow axis to the dimensions of the scanning means (5) without modifying the light beam (4) along the rapid axis.
Description
Module lumineux à balayage de faisceau lumineux, notamment pour véhicule automobile, muni d’un système de focalisation à deux lentilles, et dispositif lumineux de véhicule automobile comportant un tel module lumineux.Scanning beam light module, especially for a motor vehicle, provided with a two-lens focusing system, and a motor vehicle light device comprising such a light module.
La présente invention concerne un module lumineux à balayage de faisceau lumineux, notamment pour véhicule automobile, muni d’un système de collimation du faisceau lumineux. L’invention se rapporte également à un projecteur de véhicule automobile comportant un tel module lumineux.The present invention relates to a light beam scanning light module, in particular for a motor vehicle, provided with a collimation system of the light beam. The invention also relates to a motor vehicle headlamp comprising such a light module.
Les projecteurs de véhicule automobile sont munis d’un ou de plusieurs module lumineux agencés dans un boîtier fermé par une glace de manière à obtenir un ou plusieurs faisceaux d’éclairage et/ou de signalisation à la sortie du projecteur. De façon simplifiée, un module lumineux du boîtier comprend notamment une source de lumière, par exemple une (ou plusieurs) diode(s) électroluminescente(s), qui émet un faisceau lumineux, un système optique de projection du faisceau d’éclairage comportant une ou plusieurs lentilles et, le cas échéant un élément optique, par exemple un réflecteur, pour orienter les rayons lumineux issus des sources lumineuses, afin de former le faisceau lumineux de sortie du module optique. La situation est identique pour les feux arrières.The projectors of a motor vehicle are provided with one or more light modules arranged in a housing closed by an ice so as to obtain one or more light beams and / or signaling at the output of the projector. In a simplified way, a light module of the housing notably comprises a light source, for example one (or more) electroluminescent diode (s), which emits a light beam, an optical system for projecting the illumination beam comprising a light source, or a plurality of lenses and, optionally, an optical element, for example a reflector, for orienting the light rays coming from the light sources, in order to form the light output beam of the optical module. The situation is identical for the rear lights.
Dans le monde de l’automobile, les constructeurs et équipementiers automobiles recherchent continuellement à améliorer les performances et la sécurité du véhicule par des innovations techniques. Ainsi, on incorpore dans ces véhicules, des éléments techniques nouveaux qui apportent des avantages spécifiques.In the automotive world, automotive manufacturers and suppliers are continually seeking to improve vehicle performance and safety through technical innovations. Thus, we incorporate in these vehicles, new technical elements that provide specific benefits.
Par exemple, dans le cas des modules lumineux pour dispositifs lumineux de véhicules, il existe des diodes lasers qui peuvent avantageusement remplacer les diodes électroluminescentes pour produire le faisceau lumineux qui servira à former le faisceau d’éclairage et/ou de signalisation de sortie.For example, in the case of light modules for vehicle light devices, there are laser diodes that can advantageously replace the light emitting diodes to produce the light beam that will be used to form the lighting beam and / or output signaling.
Cependant, les faisceaux lasers usuels sont d’une couleur qui ne correspond pas aux couleurs réglementaires de tels projecteurs ou feux arrières. Le module lumineux comporte alors un élément de conversion de longueur d’onde, qui présente une surface de conversion. L’élément de conversion reçoit le faisceau lumineux de la source laser et le réémet, par exemple en lumière blanche, vers le système optique de projection. Ainsi, le faisceau laser n’est pas utilisé directement pour former le faisceau d’éclairage et/ou de signalisation, mais il est d’abord projeté sur l’élément de conversion de longueur d’onde photoluminescent, qui est par exemple de type phosphorescent et/ou fluorescent.However, the usual laser beams are of a color that does not match the regulatory colors of such headlamps or rear lights. The light module then comprises a wavelength conversion element, which has a conversion surface. The conversion element receives the light beam from the laser source and retransmits it, for example in white light, to the projection optical system. Thus, the laser beam is not used directly to form the illumination and / or signaling beam, but it is first projected on the photoluminescent wavelength conversion element, which is for example of the type phosphorescent and / or fluorescent.
Pour illuminer une zone large de l’élément de conversion avec le faisceau lumineux de la source laser, des moyens de balayage sont nécessaires. Le balayage par le faisceau s’effectue d’un bord à l’autre de la zone de l’élément de conversion, et de préférence à une fréquence suffisamment élevée pour que l’œil humain ne perçoive pas le mouvement et voit un éclairage continu du faisceau d’éclairage produit par le module lumineux. L’amplitude de balayage définit le déplacement du faisceau lumineux dans l’espace et donc la taille de la zone d’éclairage sur l’élément de conversion.To illuminate a wide area of the conversion element with the light beam of the laser source, scanning means are required. The scanning by the beam is carried out from one edge to the other of the zone of the conversion element, and preferably at a sufficiently high frequency so that the human eye does not perceive the movement and sees a continuous illumination the lighting beam produced by the light module. The scanning amplitude defines the displacement of the light beam in the space and therefore the size of the lighting zone on the conversion element.
Les moyens de balayage connus sont par exemple des éléments de type MEMS (pour « Micro-Electro-Mechanical-Systems » en anglais ou microsystèmes électromécaniques), comprenant un ou des micro-miroirs qui réfléchissent le faisceau laser sur la zone. Ces micro-miroirs sont par exemple animés d’au moins un mouvement rotatif autour d’un axe qui engendre le balayage de la zone selon une première direction. Un second micro-miroir ou un autre mouvement rotatif du premier miroir autour d’un second axe perpendiculaire au premier axe permet de produire un balayage selon deux directions.The known scanning means are, for example, elements of the MEMS type (for "Micro-Electro-Mechanical-Systems" in English or micromechanical systems), comprising one or more micro-mirrors which reflect the laser beam on the zone. These micro-mirrors are for example animated by at least one rotary movement about an axis which causes the scanning of the zone in a first direction. A second micro-mirror or other rotational movement of the first mirror about a second axis perpendicular to the first axis produces a scan in two directions.
Les dimensions de ces éléments engendrent des contraintes de disposition de chacun d’eux dans le module lumineux. En effet, la distance entre les moyens de balayage et l’élément de conversion définit la taille de la zone balayée par le faisceau lumineux, étant donné que l’amplitude de balayage est dépendante de la configuration des moyens de balayage. On cherche de plus à obtenir une taille de largeur du laser spécifique sur l’élément de conversion, et qu’on appelle cible ou « spot » (point en anglais). Ainsi, c’est le spot qui est balayé sur la zone de l’élément de conversion.The dimensions of these elements generate constraints for each of them in the light module. Indeed, the distance between the scanning means and the conversion element defines the size of the area swept by the light beam, since the scanning amplitude is dependent on the configuration of the scanning means. In addition, it is sought to obtain a size of width of the specific laser on the conversion element, and which is called target or "spot" (point in English). Thus, it is the spot that is scanned on the area of the conversion element.
En outre, pour des raisons d’efficacité, il est souhaitable d’illuminer la surface du micro-miroir de manière sensiblement complète, tout en évitant que le faisceau ne déborde au-delà des bords du micro-miroir, sous peine de brûler les autre éléments constituant les moyens de balayage et de perdre de l’énergie. Par conséquent, le faisceau lumineux de la source doit être calibré pour adapter sa largeur aux dimensions des micro-miroirs. II existe par exemple des sources laser qui produisent un faisceau lumineux de 27pm de large, et des moyens de balayage dont les micromiroirs ont une largeur d’environ 270pm. Ainsi, il faut obtenir dans ce cas un grandissement de la largeur du faisceau sensiblement égal à 10 fois lorsqu’il atteint le micro-miroir.In addition, for reasons of efficiency, it is desirable to illuminate the surface of the micro-mirror substantially completely, while preventing the beam from protruding beyond the edges of the micro-mirror, otherwise burning the other elements constituting the means of scanning and losing energy. Therefore, the light beam of the source must be calibrated to adapt its width to the dimensions of the micro-mirrors. There are, for example, laser sources that produce a light beam 27 μm wide, and scanning means whose micromirrors have a width of about 270 μm. Thus, it is necessary to obtain in this case a magnification of the width of the beam substantially equal to 10 times when it reaches the micro-mirror.
Pour cela, on peut utiliser un système de focalisation du faisceau lumineux, comprenant par exemple une lentille convergente pour modifier les dimensions du faisceau lumineux et les adapter à celles du ou des micro-miroirs.For this purpose, it is possible to use a focusing system of the light beam, comprising for example a convergent lens to modify the dimensions of the light beam and to adapt them to those of the micro-mirror (s).
Cependant, certains faisceaux laser très utiles dans la production industrielle, par exemple du type multimode, ne sont pas « gaussiens >>, c’est-à-dire qu’ils génèrent une lumière qui est moins cohérente qu’un laser monomode. Ces faisceaux laser ont une largeur qui n’est pas homogène dans toutes les directions lorsque le faisceau sort de la source de lumière. Le faisceau a une forme sensiblement rectangulaire avec un premier axe selon lequel le faisceau est étroit et un deuxième axe selon lequel le faisceau est plus large. De plus, selon le premier axe, qui est dit « rapide >>, le faisceau diverge plus fortement que selon le deuxième axe, qui est dit « lent». Autrement dit, le comportement du faisceau laser en champ proche et en champ lointain, n’est pas le même dans les deux directions. Ainsi, la largeur du faisceau est plus grande dans la direction de l’axe lent que dans la direction de l’axe rapide au niveau de la source lumineuse.However, some laser beams very useful in industrial production, for example multimode type, are not "Gaussian", that is to say they generate a light that is less coherent than a monomode laser. These laser beams have a width that is not homogeneous in all directions when the beam emerges from the light source. The beam has a substantially rectangular shape with a first axis in which the beam is narrow and a second axis in which the beam is wider. In addition, according to the first axis, which is said to be "fast", the beam diverges more strongly than on the second axis, which is said to be "slow". In other words, the behavior of the near-field and far-field laser beam is not the same in both directions. Thus, the width of the beam is greater in the direction of the slow axis than in the direction of the fast axis at the light source.
Par conséquent, il n’est pas possible de focaliser correctement un tel faisceau lumineux laser pour l’adapter à la fois aux dimensions du ou des micromiroirs et obtenir un spot de la taille voulue sur l’élément de conversion.Therefore, it is not possible to correctly focus such a laser light beam to adapt it to both the dimensions of the micromirror (s) and to obtain a spot of the desired size on the conversion element.
Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient, et vise à fournir un module lumineux muni d’un système de focalisation capable de modifier la largeur du faisceau lumineux de manière à l’adapter aux dimensions du ou des micro-miroirs à la fois selon le grand axe et selon le petit axe.The object of the invention is to overcome this drawback, and aims to provide a light module provided with a focusing system capable of modifying the width of the light beam so as to adapt to the dimensions of the micromirror or mirrors. both on the long axis and on the minor axis.
Pour cela, l’invention se rapporte à un d’éclairage à balayage de faisceau lumineux, notamment pour véhicule automobile, comprenant une source de lumière configurée pour générer un faisceau de lumière qui présente un axe lent et un axe rapide, un élément de conversion de longueur d’onde présentant une surface de conversion, et des moyens de balayage agencés pour balayer la surface de conversion avec le faisceau, le module lumineux comprenant en outre un système de focalisation agencé pour focaliser le faisceau lumineux sur l’élément de conversion, le système de focalisation comprenant une première lentille convergente configurée pour faire converger le faisceau lumineux selon les axes rapide et lent de manière à adapter la largeur du faisceau lumineux selon l’axe rapide aux dimensions des moyens de balayage, le système de focalisation comprenant une deuxième lentille sensiblement cylindrique configurée pour faire converger le faisceau lumineux selon l’axe lent seulement de manière à ce que la deuxième lentille adapte la largeur du faisceau lumineux selon l’axe lent aux dimensions des moyens de balayage sans modifier le faisceau lumineux selon l’axe rapide.For this, the invention relates to a light beam scanning illumination, in particular for a motor vehicle, comprising a light source configured to generate a light beam which has a slow axis and a fast axis, a conversion element wavelength converter having a conversion surface, and scanning means arranged to scan the conversion surface with the beam, the light module further comprising a focusing system arranged to focus the light beam on the conversion element, the focusing system comprising a first converging lens configured to converge the light beam along the fast and slow axes so as to adapt the width of the light beam along the fast axis to the dimensions of the scanning means, the focusing system comprising a second substantially cylindrical lens configured to converge the light beam according to the slow axis only so that the second lens adapts the width of the light beam along the slow axis to the dimensions of the scanning means without changing the light beam along the fast axis.
Un élément de conversion comprend au moins un matériau luminescent conçu pour absorber au moins une partie d’au moins une lumière d’excitation émise par une source lumineuse et pour convertir au moins une partie de ladite lumière d’excitation absorbée en une lumière d’émission ayant une longueur d’onde différente de celle de la lumière d’excitation. De préférence le matériau lumlinescent utilisé est choisi parmi les composés suivants: Y3A150i2:Ce3+ (YAG), (Sr,Ba)2SiO4:Eu2+, Cax(Si,AI)i2(O,N)i6:Eu2+.A conversion element comprises at least one luminescent material adapted to absorb at least a portion of at least one excitation light emitted from a light source and to convert at least a portion of said absorbed excitation light into a light source. emission having a wavelength different from that of the excitation light. Preferably, the luminescent material used is chosen from the following compounds: Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (YAG), (Sr, Ba) 2 SiO 4: Eu 2+ , C max (Si, Al) 2 (O, N) ) i 6 : Eu 2+ .
Ainsi, la première lentille convergente fait converger le faisceau lumineux entier vers les moyens de balayage, c’est-à-dire à la fois selon l’axe rapide et l’axe lent. Elle est calibrée pour adapter la largeur du faisceau selon l’axe rapide seulement. Néanmoins, le faisceau selon l’axe lent est également modifié. La deuxième lentille sensiblement cylindrique permet de modifier davantage la largeur du faisceau selon l’axe lent de manière à ce qu’elle converge davantage. Comme la lentille est cylindrique, elle n’a d’effet que sur le faisceau selon l’axe lent, et pas sur l’axe rapide du faisceau qui est déjà convenablement focalisé par la première lentille.Thus, the first converging lens converges the entire light beam towards the scanning means, that is to say both along the fast axis and the slow axis. It is calibrated to adapt the width of the beam along the fast axis only. Nevertheless, the beam along the slow axis is also modified. The second substantially cylindrical lens makes it possible to further modify the width of the beam along the slow axis so that it converges more. As the lens is cylindrical, it has effect only on the beam along the slow axis, and not on the fast axis of the beam which is already properly focused by the first lens.
En outre, l’utilisation de deux lentilles apporte un avantage pour simplifier la fabrication du système de focalisation par rapport à un système de focalisation qui n’aurait qu’une seule lentille combinant les effets des deux lentilles. En effet, il suffit de fabriquer d’une part une lentille convergente et d’autre part une lentille cylindrique, alors qu’une lentille unique serait complexe à produire en grande quantité. De plus, cela facilite les réglages pour des configurations de modules lumineux munis de sources lumineuses et de moyens de balayages différents.In addition, the use of two lenses provides an advantage in simplifying the manufacture of the focusing system with respect to a focusing system that has only one lens combining the effects of the two lenses. Indeed, it suffices to manufacture on the one hand a convergent lens and on the other hand a cylindrical lens, whereas a single lens would be complex to produce in large quantities. In addition, this facilitates adjustments for configurations of light modules provided with light sources and different scanning means.
Selon différents modes de réalisation de l’invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément :According to various embodiments of the invention, which may be taken together or separately:
- la première lentille est une lentille sensiblement asphérique,the first lens is a substantially aspheric lens,
- la première lentille est disposée en amont de la deuxième lentille sur le chemin optique du faisceau lumineux entre la source de lumière et les moyens de balayage,the first lens is disposed upstream of the second lens on the optical path of the light beam between the light source and the scanning means,
- la première lentille est une lentille mince,the first lens is a thin lens,
On entend par « lentille mince » que l'épaisseur de la lentille reste faible devant les rayons de courbure de ses faces ainsi que devant la différence de ces rayons.The term "thin lens" means that the thickness of the lens remains low in front of the radii of curvature of its faces as well as before the difference of these rays.
- la deuxième lentille comprend un dioptre de sortie convergent selon l’axe lent et présentant une courbure convexe,the second lens comprises an output diopter converging along the slow axis and having a convex curvature,
- le dioptre de sortie est sensiblement cylindrique avec un axe sensiblement parallèle à l’axe rapide,the exit diopter is substantially cylindrical with an axis substantially parallel to the fast axis,
- la deuxième lentille comprend un dioptre de sortie convergent selon l’axe lent,the second lens comprises an output diopter converging along the slow axis,
- le dioptre de sortie présente une courbure convexe ayant une portion sensiblement cylindrique dont l’axe est sensiblement parallèle à l’axe rapide,the output diopter has a convex curvature having a substantially cylindrical portion whose axis is substantially parallel to the fast axis,
- la deuxième lentille comprend un dioptre d’entrée divergent selon l’axe lent,the second lens comprises an input diopter diverging along the slow axis,
- le dioptre d’entrée présente une courbure concave ayant une portion sensiblement cylindrique dont l’axe est sensiblement parallèle à l’axe rapide,the input diopter has a concave curvature having a substantially cylindrical portion whose axis is substantially parallel to the fast axis,
- le dioptre d’entrée est configuré pour réduire, voire sensiblement annuler l’effet produit par la première lentille sur le faisceau lumineux selon l’axe lent,the input diopter is configured to reduce or substantially cancel the effect produced by the first lens on the light beam along the slow axis,
- la deuxième lentille est une lentille épaisse,the second lens is a thick lens,
On entend par « lentille épaisse » que l’épaisseur de la lentille est supérieure ou égale à la plus grande dimension des dioptres d’entrée et de sortie.The term "thick lens" means that the thickness of the lens is greater than or equal to the largest dimension of the input and output diopters.
- la première et la deuxième lentille sont disposées coaxialement à l’axe optique du faisceau lumineux,the first and second lenses are arranged coaxially with the optical axis of the light beam,
- les moyens de balayage sont munis d’un ou deux micro-miroirs mobiles configurés pour balayer la surface de transmission avec le faisceau lumineux selon une première direction et/ou une deuxième direction sensiblement perpendiculaire à la première direction,the scanning means are provided with one or two mobile micro-mirrors configured to scan the transmission surface with the light beam in a first direction and / or a second direction substantially perpendicular to the first direction,
- la source de lumière comporte au moins une diode laser, le faisceau lumineux généré étant un faisceau laser,the light source comprises at least one laser diode, the light beam generated being a laser beam,
- l’élément de conversion comprend un matériau luminophore,the conversion element comprises a phosphor material,
- le matériau luminophore est un matériau fluorescent et/ou phosphorescent,the phosphor material is a fluorescent and / or phosphorescent material,
- le matériau luminophore est présent sur sensiblement toute la surface de l’élément de conversion.the phosphor material is present on substantially the entire surface of the conversion element.
L’invention se rapporte également à un dispositif lumineux de véhicule automobile comportant un tel module lumineux. Il peut comprendre en outre un système de projection. Le système de projection comprend au moins une lentille et/ou au moins un miroir et/ou au moins un guide de lumière.The invention also relates to a light device of a motor vehicle comprising such a light module. It may further include a projection system. The projection system comprises at least one lens and / or at least one mirror and / or at least one light guide.
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n’est donnée qu’à titre indicatif et qui n’a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints parmi lesquels :The invention will be better understood in the light of the following description which is given only as an indication and which is not intended to limit it, accompanied by the appended drawings among which:
- la figure 1 illustre de façon schématique, une vue en coupe de côté d’un module lumineux selon un mode de réalisation de l’invention,FIG. 1 schematically illustrates a side sectional view of a light module according to one embodiment of the invention,
- la figure 2 illustre de façon schématique, une vue en coupe de dessus d’une partie du module lumineux selon le petit axe,FIG. 2 schematically illustrates a sectional view from above of a portion of the light module along the minor axis;
- la figure 3 illustre de façon schématique, une vue en coupe de dessus d’une partie du module lumineux selon le grand axe,FIG. 3 schematically illustrates a view in section from above of a portion of the light module along the major axis;
- la figure 4 illustre de façon schématique, un projecteur de véhicule automobile comprenant un module lumineux selon l’invention.- Figure 4 schematically illustrates a motor vehicle headlight comprising a light module according to the invention.
Comme illustré à la figure 1, le module lumineux 1, notamment utilisé dans un dispositif lumineux, dans un feu arrière et/ou dans un dispositif d’éclairage intérieur de véhicule automobile,, comprend une source 3 de lumière cohérente apte à générer un faisceau de lumière 4 qui présente un axe de propagation selon (Oz), un axe lent selon (Ox) et un axe rapide selon (Oy). Les trois axes sont perpendiculaires deux à deux comme le montre le repère (Oxyz). L’axe lent et l’axe rapide définissent la largeur du faisceau lumineux dans le plan (Oxy) de la source lumineuse, l’axe de propagation étant colinéaire au faisceau lumineux 4. Le faisceau a une largeur de forme rectangulaire, qui est plus petite selon l’axe rapide que celle du faisceau selon l’axe lent. La source 3 est ici une diode laser qui génère un faisceau laser dont les ondes lumineuses ont sensiblement la même valeur de longueur d’onde, par exemple 448nm pour avoir une couleur bleue.As illustrated in FIG. 1, the light module 1, notably used in a light device, in a rear light and / or in an interior lighting device for a motor vehicle, comprises a source 3 of coherent light able to generate a beam. light 4 which has an axis of propagation according to (Oz), a slow axis according to (Ox) and a fast axis according to (Oy). The three axes are perpendicular two by two as shown by the reference (Oxyz). The slow axis and the fast axis define the width of the light beam in the plane (Oxy) of the light source, the axis of propagation being collinear with the light beam 4. The beam has a rectangular shape width, which is more small along the fast axis than that of the beam along the slow axis. The source 3 is here a laser diode that generates a laser beam whose light waves have substantially the same wavelength value, for example 448 nm to have a blue color.
Le dispositif 1 comprend également un élément de conversion 7 de longueurs d’onde présentant une surface de conversion photoluminescente configurée pour transformer la longueur d’onde du faisceau lumineux, par exemple en étalant la distribution des ondes lumineuses sur des valeurs de longueur d’onde correspondant à des couleurs différentes. Ainsi, on obtient un faisceau dans une autre couleur, par exemple une couleur blanche, à partir du faisceau de lumière initial 4, grâce à l’élément de conversion. Le faisceau lumineux blanc sert par exemple de faisceau d’éclairage dans un projecteur de véhicule automobile.The device 1 also comprises a wavelength conversion element 7 having a photoluminescent conversion surface configured to transform the wavelength of the light beam, for example by spreading the distribution of the light waves over wavelength values. corresponding to different colors. Thus, a beam is obtained in another color, for example a white color, from the initial light beam 4, thanks to the conversion element. The white light beam serves for example lighting beam in a motor vehicle headlight.
Le module lumineux 1 comprend aussi des moyens de balayage 5 de la surface de l’élément de conversion 7 par le faisceau lumineux 4. Les moyens de balayage 5 sont des éléments de type MEMS (pour « Micro-Electro-MechanicalSystems >> en anglais ou microsystèmes électromécaniques), qui comprennent ici deux micro-miroirs 6, 7. Le premier micro-miroir 6 est disposé dans l’axe de propagation du faisceau. Le premier micro-miroir réfléchit le faisceau lumineux 4 vers le deuxième micro-miroir 7 qui le réfléchit vers sur la surface de conversion de l’élément de conversion 7. Ces micro-miroirs sont animés d’un mouvement rotatif autour d’un axe qui engendre le balayage de la surface de l’élément de conversion 7 selon une direction chacun. Le balayage par le faisceau 4 s’effectue d’un bord à l’autre d’une zone choisie sur la surface de conversion à une fréquence suffisamment importante, par exemple 200Hz, pour que l’œil humain ne perçoive pas le mouvement et voit un éclairage continu du faisceau d’éclairage généré par l’élément de conversion.The light module 1 also comprises scanning means 5 of the surface of the conversion element 7 by the light beam 4. The scanning means 5 are elements of the MEMS type (for "Micro-Electro-MechanicalSystems" in English). or electromechanical microsystems), which here comprise two micro-mirrors 6, 7. The first micro-mirror 6 is disposed in the axis of propagation of the beam. The first micro-mirror reflects the light beam 4 towards the second micro-mirror 7 which reflects it towards the conversion surface of the conversion element 7. These micro-mirrors are driven by a rotary movement around an axis which generates the scanning of the surface of the conversion element 7 in one direction each. The scanning by the beam 4 is carried out from one edge to the other of a selected area on the conversion surface at a sufficiently high frequency, for example 200 Hz, so that the human eye does not perceive the movement and sees continuous illumination of the illumination beam generated by the conversion element.
Le module lumineux 1 comprend en outre un système de focalisation 2 disposé entre la source de lumière 3 et les moyens de balayage 5 pour focaliser le faisceau lumineux 4, d’une part sur les moyens de balayage de manière à couvrir une grande partie des micro-miroirs en évitant de déborder au-delà de leur surface, et afin d’obtenir une taille de spot souhaitée sur la surface de conversion de l’élément de conversion 7.The light module 1 further comprises a focusing system 2 disposed between the light source 3 and the scanning means 5 for focusing the light beam 4, on the one hand on the scanning means so as to cover a large part of the microphones. mirrors by avoiding overflowing beyond their surface, and in order to obtain a desired spot size on the conversion surface of the conversion element 7.
Les moyens de balayage 5, l’élément de conversion 7 et le système de focalisation 2 sont disposés de sorte que le faisceau lumineux 4 généré par la source de lumière rencontre d’abord les moyens de balayage 5, puis l’élément de conversion 7.The scanning means 5, the conversion element 7 and the focusing system 2 are arranged so that the light beam 4 generated by the light source first encounters the scanning means 5 and then the conversion element 7. .
Selon l’invention, le système de focalisation 2 comprend une première 8 et une deuxième 9 lentille. La première lentille 8 est ici disposée en amont de la deuxième lentille 9 sur le chemin optique du faisceau lumineux entre la source de lumière et les moyens de balayage 5. Autrement dit, le faisceau lumineux 4 généré par la source lumineuse traverse d’abord la première lentille, puis la deuxième lentille, avant d’atteindre les moyens de balayage. La première et la deuxième lentille sont disposées de manière coaxiale à l’axe optique du faisceau lumineux selon l’axe Oz, de sorte que le faisceau lumineux 4 traverse les lentilles 8, 9 en étant sensiblement centrée.According to the invention, the focusing system 2 comprises a first 8 and a second 9 lens. The first lens 8 is here arranged upstream of the second lens 9 on the optical path of the light beam between the light source and the scanning means 5. In other words, the light beam 4 generated by the light source passes first through the first lens, then the second lens, before reaching the scanning means. The first and second lenses are arranged coaxially with the optical axis of the light beam along the axis Oz, so that the light beam 4 passes through the lenses 8, 9 being substantially centered.
Comme le montre les figures 2 et 3, la première lentille 8 est configurée pour faire converger le faisceau lumineux 4 à la fois selon les axes rapide et lent. Elle est en particulier prévue pour adapter la largeur du faisceau lumineux 4 selon l’axe rapide aux dimensions des moyens de balayage 5, ici au premier miroir 6, ainsi qu’à la taille de spot souhaitée sur l’élément de conversion. A cette fin, la première lentille 8 est une lentille mince convergente sensiblement sphérique, et biconvexe ici. L’expression «sensiblement sphérique» signifie que le dioptre d’entrée 10 a une courbure présentant une portion de sphère ou proche d’une sphère. De telles lentilles sont couramment appelées « lentilles asphériques ». La première lentille 8 a une focale suffisamment courte pour que le grandissement du faisceau lumineux 4 selon l’axe rapide sur les moyens de balayage 5 soit suffisant. En effet, comme la première lentille 8 est proche de la source lumineuse 3, la valeur de la focale doit être petite.As shown in Figures 2 and 3, the first lens 8 is configured to converge the light beam 4 at both the fast and slow axes. In particular, it is designed to adapt the width of the light beam 4 along the fast axis to the dimensions of the scanning means 5, here to the first mirror 6, as well as to the desired spot size on the conversion element. For this purpose, the first lens 8 is a substantially spherical convergent thin lens, and biconvex here. The term "substantially spherical" means that the input diopter 10 has a curvature having a sphere portion or near a sphere. Such lenses are commonly called "aspheric lenses". The first lens 8 has a focal length sufficiently short for the magnification of the light beam 4 along the fast axis on the scanning means 5 is sufficient. Indeed, since the first lens 8 is close to the light source 3, the value of the focal length must be small.
En outre, la première lentille 8, en plus d’adapter la largeur du faisceau 4 selon l’axe rapide, modifie également la largeur du faisceau selon l‘axe lent. Or, la focale de la première lentille est trop courte pour obtenir une taille de spot suffisamment petite sur l’élément de conversion. Pour corriger la largeur du faisceau selon l’axe lent également et faire converger le faisceau, le système de focalisation 2 comprend une deuxième lentille 9 configurée pour faire converger le faisceau lumineux 4 seulement selon l’axe lent. Ainsi, tel que représenté sur la figure 2, la deuxième lentille 9 adapte la largeur du faisceau lumineux 4 selon l’axe lent aux dimensions du micro-miroir 6 des moyens de balayage. Elle permet également d’obtenir une taille de spot spécifique sur la surface de conversion selon l’axe lent.In addition, the first lens 8, in addition to adapting the width of the beam 4 along the fast axis, also changes the width of the beam along the slow axis. However, the focal length of the first lens is too short to obtain a sufficiently small spot size on the conversion element. To correct the width of the beam along the slow axis and also to converge the beam, the focusing system 2 comprises a second lens 9 configured to converge the light beam 4 only along the slow axis. Thus, as shown in FIG. 2, the second lens 9 adapts the width of the light beam 4 along the slow axis to the dimensions of the micro-mirror 6 of the scanning means. It also makes it possible to obtain a specific spot size on the conversion surface along the slow axis.
Dans ce but, la deuxième lentille 9 est sensiblement cylindrique et comprend un dioptre de sortie 13 convergent comprenant une courbure convexe ayant une portion sensiblement cylindrique dont l’axe est sensiblement parallèle à l’axe rapide. Le terme convexe signifie que la courbure du dioptre de sortie 13 est bombée vers l’extérieur de la lentille, et l’expression « sensiblement cylindrique » signifie que le dioptre a une courbure présentant au moins une portion de cylindre ou proche d’une portion de cylindre. Ici il s’agit d’un cylindre au sens mathématique c'est-à-dire que la section droite du cylindre n’est pas nécessairement circulaire. Ainsi, seule la largeur du faisceau lumineux 4 selon l’axe lent est modifiée. La focale du dioptre de sortie est choisie plus grande que celle de la première lentille pour modifier la largeur du faisceau lumineux selon l’axe lent pour avoir une taille de spot souhaitée dans cette direction. En outre, la largeur selon l’axe rapide n’est pas modifiée par le dioptre d’entrée de la deuxième lentille car le dioptre de sortie 13 est sensiblement plat selon l’axe lent, comme le montre la figure 3. Ainsi, le dioptre de sortie 13 de la deuxième lentille 9 n’est muni que d’une seule courbure.For this purpose, the second lens 9 is substantially cylindrical and comprises a convergent output diopter 13 comprising a convex curvature having a substantially cylindrical portion whose axis is substantially parallel to the fast axis. The term convex means that the curvature of the exit diopter 13 is curved towards the outside of the lens, and the expression "substantially cylindrical" means that the diopter has a curvature having at least one portion of a cylinder or close to a portion of cylinder. Here it is a cylinder in the mathematical sense that is to say that the cross section of the cylinder is not necessarily circular. Thus, only the width of the light beam 4 along the slow axis is changed. The focal length of the exit diopter is chosen larger than that of the first lens to change the width of the light beam along the slow axis to have a desired spot size in that direction. In addition, the width along the fast axis is not modified by the input diopter of the second lens because the output dioptre 13 is substantially flat along the slow axis, as shown in FIG. output dioptre 13 of the second lens 9 is provided with only one curvature.
La deuxième lentille 9 comprend de préférence un dioptre d’entrée 12 divergent selon l’axe lent et présentant une courbure concave. Le terme concave signifie que la courbure est en creux vers l’intérieur de la lentille. Le dioptre d’entrée 12 présente une courbure ayant une portion sensiblement cylindrique dont l’axe est sensiblement parallèle à l’axe rapide. La divergence du dioptre d’entrée 12 est choisie de préférence de manière à réduire fortement l’effet convergent de la première de lentille 8 selon l’axe lent seulement, voire de l’annuler complètement. Le dioptre d’entrée 12 permet ainsi de former une image virtuelle de la source 3 dans le plan de l’axe lent.The second lens 9 preferably comprises an input diopter 12 diverging along the slow axis and having a concave curvature. The term concave means that the curvature is recessed towards the inside of the lens. The input diopter 12 has a curvature having a substantially cylindrical portion whose axis is substantially parallel to the fast axis. The divergence of the input diopter 12 is preferably chosen so as to greatly reduce the convergent effect of the first lens 8 along the slow axis only, or even cancel it completely. The input diopter 12 thus makes it possible to form a virtual image of the source 3 in the plane of the slow axis.
La deuxième lentille 9 est de plus configurée pour ne pas avoir d’effet sur le faisceau 4 selon l’axe rapide, afin de ne pas modifier la taille du spot qui est déjà correctement adaptée par la première lentille 8. A cette fin le dioptre de sortie 13 est sensiblement plat selon l’axe rapide, de sorte que le faisceau lumineux 4 n’est pas modifié dans cette direction en sortie de la deuxième lentille. Ainsi, le dioptre d’entrée 12 de la deuxième lentille 9 n’est muni que d’une seule courbure.The second lens 9 is further configured to have no effect on the beam 4 along the fast axis, so as not to change the size of the spot which is already correctly adapted by the first lens 8. To this end the diopter output 13 is substantially flat along the fast axis, so that the light beam 4 is not modified in this direction at the output of the second lens. Thus, the input diopter 12 of the second lens 9 is provided with only one curvature.
En outre la deuxième lentille 9 est une lentille épaisse afin que le dioptre d’entrée 12 et le dioptre de sortie 13 soient suffisamment éloignée. Le terme « épaisse >> signifie qu’il ne s’agit pas d’une lentille mince classique. L’épaisseur de la lentille définit la distance entre le dioptre de sortie 13 et le dioptre d’entrée 12, de sorte qu’on place l’image virtuelle de la source 3 par rapport à la focale du dioptre de sortie 13 pour obtenir un réglage correct de la largeur du faisceau lumineux selon l’axe lent.In addition, the second lens 9 is a thick lens so that the input diopter 12 and the output diopter 13 are sufficiently far apart. The term "thick" means that it is not a conventional thin lens. The thickness of the lens defines the distance between the output diopter 13 and the input diopter 12, so that the virtual image of the source 3 is placed with respect to the focal length of the output diopter 13 to obtain a correct adjustment of the width of the light beam along the slow axis.
Grâce à l’invention, un tel système de focalisation muni d’une première lentille 8 mince convergente et d’une lentille épaisse 8 cylindrique permet d’obtenir une taille de spot conforme à ce que l’on souhaite, à la fois selon l’axe lent et selon l’axe rapide.Thanks to the invention, such a focusing system provided with a first convergent thin lens 8 and a thick cylindrical lens 8 makes it possible to obtain a spot size in accordance with what is desired, both in accordance with FIG. slow axis and along the fast axis.
La figure 4 monte un projecteur 15 de véhicule automobile muni d’un module lumineux 1 tel que décrit précédemment. Le dispositif lumineux 15, ici un projecteur, comprend encore un système de projection 16 configuré pour orienter le faisceau 5 lumineux en dehors du projecteur. Le système de projection 16 est par exemple muni d’une lentille de projection placée en aval du module lumineux pour transmettre un faisceau destiné à éclairer la route.Figure 4 mounts a projector 15 of a motor vehicle with a light module 1 as described above. The light device 15, here a projector, further comprises a projection system 16 configured to orient the light beam 5 outside the projector. The projection system 16 is for example provided with a projection lens placed downstream of the light module for transmitting a beam intended to illuminate the road.
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