EP1881263A1 - Dispositif d'éclairage ou de signalisation comportant une nappe de guidage galbée - Google Patents

Dispositif d'éclairage ou de signalisation comportant une nappe de guidage galbée Download PDF

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EP1881263A1
EP1881263A1 EP07112665A EP07112665A EP1881263A1 EP 1881263 A1 EP1881263 A1 EP 1881263A1 EP 07112665 A EP07112665 A EP 07112665A EP 07112665 A EP07112665 A EP 07112665A EP 1881263 A1 EP1881263 A1 EP 1881263A1
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EP
European Patent Office
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guide
slice
light
light rays
wafer
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Christophe Dubosc
Antoine De Lamberterie
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Valeo Vision SAS
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Valeo Vision SAS
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    • F21S43/20—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S43/235—Light guides
    • F21S43/249—Light guides with two or more light sources being coupled into the light guide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S43/235—Light guides
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    • F21S43/235—Light guides
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    • F21S43/10—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting or signaling device for a motor vehicle which comprises a light-guiding sheet.
  • the shape of the lighting and / or signaling lights plays a key role in the search for a style and an original aesthetic that will allow the motor vehicle to be recognized by far.
  • a light guide is a cylinder of transparent material that forms a kind of "pipe" in which light rays enter through a first input end. The light rays are then guided along the light guide by successive total reflections on its cylindrical outer face.
  • a rear portion of the cylindrical face of the light guide has irregularities, such as diffusion streaks, which make it possible to diffuse part of the light rays towards the front of the light guide. whereby a portion of the scattered light rays exit the light guide through the opposite portion of the cylindrical face to form a light beam.
  • the light guide may for example be shaped into a ring that surrounds the front perimeter of a low beam headlamp so as to emit an annular beam of light.
  • the input end portion of the light guide is then bent so that the input end of the light rays is arranged outside the ring formed by the light guide.
  • the material constituting the lighting or signaling device causes a certain absorption of the light rays which pass through it, which results in losses that are all the greater due to the distance away from the light source.
  • the brightness in the vicinity of the light source is greater than at a distance from this source, and therefore a lack of homogeneity.
  • part of the light rays introduced into the light guide by the bent input portion directly reaches the opposite face of the light guide thus causing the appearance of a very bright point relative to the remainder of the annular beam.
  • FIG. 1 shows a lighting or signaling device 10 for a motor vehicle.
  • the lighting device 10 is capable of emitting a linear light beam "F" along a generally longitudinal optical axis "A".
  • the lighting device 10 comprises in particular at least one light guiding ply 12 which is in the form of a spherical cap portion.
  • the lighting device 10 shown in Figure 1 comprises a single guide web 12 forming a portion of an imaginary base sphere 13.
  • the guide ply 12 is thus delimited in the direction of the thickness, by a front face 14 and a rear face 16 for guiding the light.
  • the two front 14 and rear 16 faces are parallel to each other on at least a portion of the web.
  • the guide ply 12 is in particular delimited laterally by a front edge 18 of the light rays and by a rear light reflection slice 20.
  • the ends of the reflection slice 20 are directly connected to the end of the outlet edge 18 so as to form the outer contour of the guide ply 12.
  • the reflection slice 20 may be constituted by a reflective layer, such as an aluminized coating on the outer face of the reflection slice 20. It can also be provided that between the two junctions between the reflection slice 20 and each of the faces 14 and 16 of the guide web 12, the output wafer 18 has a stop extending along this wafer and separating it into two faces forming an angle between it. Thus an incident ray RI will undergo a double reflection, a first on one of the faces and a second on the other face, to be emitted in the plane of propagation reflected "Mr".
  • the outline of the light output wafer 18 here forms a plane arc, that is, the edge of the output wafer is defined by the intersection of the base sphere 13 and a plane.
  • the outer contour of the guide ply 12 also comprises inactive transition zones 22 which are interposed between the reflection slice 20 and the outlet slice 18.
  • the guide ply 12 also comprises an orifice 24 which is delimited by a peripheral edge 26 for entering the light.
  • the orifice 24 is here through.
  • a light source 28 is arranged in the orifice 24 near or in contact with the input section of the light beams 26.
  • the light source 28 is capable of emitting light rays in a generally radial direction around a source axis "S" which is normal to the guide ply 12. More precisely, the light source 28 is capable of emitting a a range of light rays radially at least rearward towards the reflection slice 20.
  • the light source 28 is here a light emitting diode or "LED” called “Side-Emitter” which emits light rays in a range for example about 30 ° on either side of the radial direction in a meridian plane to the source axis "S" and which is likely to extend around the source axis "S", for example 360 ° in a plane normal to the source axis "S".
  • LED light emitting diode
  • the "side emitter” LED also called lateral emission LED, is arranged so that its emitting surface is in a through opening formed in a "ZC" coupling zone with the light source 28.
  • R radially radiated by the LED are represented and all depart in the thickness of the coupling area "ZC”.
  • the emission cone C of the LED is also schematically represented, it corresponds approximately to the level of the input slice to the thickness of the guide ply.
  • the coupling zone "ZC” allows a coupling between the guide layer 12 and the light source 28, so that the radii light emitted by said light source are propagated radially at said coupling area around a source axis "S".
  • the orifice is opening only in one of the guide faces of the guide web 12 but not in the other faces.
  • the source 28 is here a Lambertian type LED, or axial emission LED.
  • it is - a LED devoid of a dome, for example an LED available under the trade name "Golden Dragon” -. It emits in a half space. It is arranged so that its emitting surface is flush with the surface of the coupling zone "ZC" which has been arranged in such a way that the light rays emitted by the light source are then redirected radially at the level of the said zone. coupling around a source axis "S".
  • the coupling zone “ZC” locally has an inlet zone in the form of a convex convex surface "B" on the side of which the LED 28 is located, and on the opposite face and opposite this convex face.
  • B an area approaching the shape of a shape complementary to a cone "CO”.
  • this time use is made of a lambertian type LED with a protective dome.
  • a lambertian type LED is for example known under the trade name "Led Rebel”.
  • the LED 28 is disposed in the coupling zone "ZC" so that the dome is inserted into a non-through opening provided in the coupling zone.
  • this opening there is a convex curved surface "B” and on the opposite face of the coupling zone a fitted surface of a zone approaching the shape of a shape complementary to a "CO” cone, so that as in FIG. 12, the rays which reach it go back into the coupling zone "ZC" by total reflection.
  • the cone "CO” may also have a deformed area to return the rays that without this area would directly reach the edge of output.
  • This is for example a kind of "truncation” so that the reflection zone "CO” has a flat face.
  • the periphery of the cone corresponds to a circle.
  • the top of this triangle opposite this base is located on the cone between the two faces of the guide ply, preferably near the top of the cone.
  • This flattened face is located next to the exit slice. All the rays emitted above the conical section portion will therefore be distributed around the source axis "S" within an angular interval corresponding to the circular portion of the cone section on the face opposite to the LED 28.
  • the top of the flat face is located between the top of the cone and the base thereof, the side of the output edge (eg left in Figures 12 and 13).
  • the angular interval is greater than 180 °.
  • the reflection slice surrounds this zone conical profile and thus the set of rays reflected around the source axis "S" is reflected a second time by the reflection slice.
  • the rays emitted above the plane face will be reflected in the same direction and directly towards the output edge, the base of the triangle constituting the plane face perpendicular to the optical axis.
  • the invention makes it possible to use LEDs with very different characteristics, which can emit either radially, axially or in a half-plane. It is then necessary to arrange the coupling zone accordingly, for example by making an opening therethrough or not to insert all or part of the LED, and providing optical means when necessary (especially for the LEDs emitting in half a plane) so that the maximum of the light emitted by the LED propagates well in the thickness of the coupling zone without loss to the rear reflection zone 20.
  • the entrance wafer of the light 26 is thus surrounded by the outer contour including the exit wafer 18 and the reflection wafer 20 of the guide wafer 12.
  • the input wafer 26 can not not be closed. Indeed, there is a sector of this slice 26 inefficient, located vis-à-vis the reflection slice 20, and for which the rays reflected by the slice 20 return to the input slice 26. These light rays are not used in the lighting or signaling device, they are lost. We can take advantage of this observation to not have material in this region, to facilitate the demolding of the guide web.
  • the guide sheet 12 is made of a transparent material whose refractive index is greater than the refractive index of the medium in which the lighting device 10 is intended to be immersed, for example air.
  • a light ray introduced into the thickness of the ply 12 by its input slice 26 with an incident angle relative to the normal "N" which is greater than a limit angle of refraction is likely to be reflected totally by the guide faces 14, 16.
  • the light ray is thus guided in the thickness of the guide sheet by successive reflections between the two guide faces 14, 16.
  • the incident light rays that go backwards are intended to be reflected by the reflection slice 20, and then the light rays thus reflected are directed towards the output slice 18.
  • the reflected light rays thus come out. by the output slice 18 tangentially to the guide ply 12 to form the linear "F" light beam in an arc.
  • an incident light ray will be defined as a light ray which is emitted by the light source 28 in the direction of the reflection slice 20.
  • the light rays emitted by the light source 28 directly towards the slice of light output 18 are therefore not included in this definition of incident rays.
  • the light rays that are emitted forward by the source Luminous 28 directly towards the output slot 18 will be called "direct".
  • the light source 28 may also consist of an incandescent lamp, for example a halogen lamp, with an axial filament, inserted in the contour delimited by the entrance wafer 26. It will then be advantageous to provide in this case for a zone the guide ply, in the vicinity of the entrance slice 26, is made of glass, while the rest of the ply will be made of plastic material overmoulded on this glass area. Such a design makes it possible to overcome the thermal problems that could generate the use of an incandescent source.
  • an incandescent lamp for example a halogen lamp
  • the input slice portion 26 which is oriented forwardly is thus shaped to distribute the direct light rays substantially uniformly along the output wafer 18. As shown in FIG. 2, the front portion 29 the input wafer 26 is striated so as to disperse the light rays into a fan that covers at least the entire output wafer 18.
  • the direct light rays are collimated in the plane tangent to the web, it is also possible to place on the zone of the input slice corresponding to the direct rays, in front of the LED with respect to the optical axis, a zone of the shape of a curved convex surface, facing the LED 28, the surface being curved in the direction of the LED.
  • the convex zone can be put in place of the striated zone 29 shown in FIG. 2.
  • the orifice inside which the LED 28 is placed has a shape such that it has on the one hand a concave shape, at the rear of the LED 28 with respect to the optical axis "A" of the lighting device and whose section is preferably a semicircle, and on the other hand a convex convex shape at the front of the LED.
  • the concave shape and the convex shape are separated by a flat portion, allowing the light source to be positioned closer to the concave shape at the rear than the convex shape at the front. This removes the convex shape of the source and thus reduces the section of the cone of direct rays reaching the convex form.
  • the entrance slice 26 is slightly frustoconical, so as to optimize the mean direction of the rays in the ply in the meridian plane relative to the tangent to the ply.
  • the light source 28 is arranged near the input wafer 26.
  • the light source 28 is associated with a reflection face 30 which is arranged opposite the wafer. entrance of light rays.
  • the reflection face 30 is shaped so as to reflect the light rays generally radially towards the entrance edge 26 of the guide ply 12.
  • the light rays coming from the light source 28 are, for example, ducted to the reflection face. 30 by a guide of 32, by an optical fiber (not shown), or by a reflector (not shown) which focuses the light rays towards the reflection face 30.
  • the light source 28 is for example a halogen lamp or a light emitting diode.
  • the light rays are guided so as to reach the reflection face 30 generally along the source axis "S".
  • the reflection face 30 is shaped into a cone of revolution or a cone of revolution portion of source axis "S" so as to reflect the radially radially around the source axis "S".
  • the reflection face 30 is shaped in a rear portion of the cone so as not to produce "direct” light rays but only "incident” light rays.
  • the reflection face 30 forms an upper end face of the light guide 32 and the light guide 32 is integrally formed with the guide ply 12.
  • the guide ply 12 is designed so that the incident light rays emitted backwards by the light source 28 propagate in the guide ply 12 according to meridian plans "Mi” propagation said "incidents” radiating radially from the source axis "S".
  • each light beam is guided so as to follow a radial direction inside the guide sheet 12 to the reflection slice 20.
  • the guide ply 12 is also designed so that the rays reflected by the reflection slice 20 propagate forwardly according to so-called "reflected" planar planes which are normal to the guide ply 12 between the reflection slice 20 and the output slice 18.
  • the reflection slice 20 is more particularly shaped so that the reflected propagation planes "Mr" are oriented parallel to the optical axis "A".
  • the reflected light rays are distributed parallel throughout the output wafer 18 so that each point of the output wafer emits a substantially equal amount of light in the direction of the optical axis A.
  • the output wafer is homogeneously viewed for an observer viewing the output contour in the A-axis.
  • the reflected propagation planes "Mr" are orthogonal to the output wafer 20 so that all of the reflected light rays that reach the output wafer 20 exit without loss of light intensity.
  • the reflection slice 20 is here perpendicular to the guide faces 14, 16 of the guide ply 12.
  • This design is made possible firstly by the shape of the base sphere portion 13 of at least one rear portion 12R of the guide sheet which is traversed by the incident light rays between the light source 28 and the reflection slice 20, and on the other hand by the particular shape given to the contour of the reflection slice 20.
  • the rear portion 12R forms at least one angular sector extending from the source axis "S" and which envelopes the reflection slice 20.
  • the reflected propagation planes "Mr” are intersecting along the same axis which passes through the center “O” of the base sphere and which is confused with the optical axis "A".
  • the source axis "S” is intersecting with the optical axis "A” at the center "O” of the base sphere.
  • This equation reflects the fact that the image of an incident propagation plane "Mi" by the reflection slice 20 is a "Mr" propagation plane.
  • This differential equation can be solved either by analytical means or numerically using a calculator.
  • the guide web 12 can be considered flat.
  • the reflection slice 20 then has the shape of a parabola and the reflected propagation planes "Mr" are parallel to each other.
  • the shape of the reflection slice can not be likened to a parabola.
  • the guide plies 12 shown in the figures here are portions of spherical caps.
  • the guide ply 12 has a more complex shape. To respect the conditions described above, however, it is essential that a rear portion 12R of the guide ply 12 forms a portion of the base sphere.
  • the other front portion 12F of the guide ply 12 which is traversed only by reflected rays can have various forms.
  • the guide faces 14, 16 form surfaces of revolution about the optical axis "A" passing through the center "O" of the base sphere 13.
  • the radii of curvature of the section of the guide ply 12 according to the reflected propagation plane "Mr" are advantageously large enough to prevent incident light rays do not reach one of the guide faces 14, 16 with an angle greater than the limit angle of refraction and exit the guide ply 12 before reaching the outlet edge 18.
  • the guide ply 12 may have a front portion of flared shape.
  • the guide ply 12 is completed by known optical systems for focusing or, on the contrary, spreading the light rays forming the light beam "F" in a meridian plane and / or in a plane tangential to the guide web 12.
  • the output edge 18 of the guide ply is here shaped as a linear lens.
  • the output wafer 18 is, for example, inclined with respect to a direction normal to the ply 12 as shown in FIG. 5.
  • the outgoing light rays are deflected by refraction so as to diverge or, on the contrary, to be focused parallel to the optical axis "A".
  • the sheet 12 flares near the output edge 18, which is itself curved here, so as to focus the light rays in the reflected propagation plane "Mr".
  • the output wafer 18 may also be provided with radial striations 34 so as to spread the light in a plane tangential to the guide ply 12 so that the light beam "F" is visible to an observer who is located obliquely to the optical axis "A".
  • the ridges 34 are replaced by holes 36 which are made in the guide ply 12 close to the exit edge 18.
  • the holes 36 are here aligned in staggered rows. parallel to the output wafer 18.
  • the contour of the holes is made in such a way that the reflected rays are deviated by refraction divergently as they arrive at the hole 36 before entering the guide sheet 12 again in the direction of the
  • the staggered arrangement of the holes 36 makes it possible to avoid any escape through which reflected rays would reach the outlet edge 18 without passing through a hole 36.
  • FIG. 7 it is possible to arrange a plurality of guide plies 12 forming portions of a common base sphere 13 so as to obtain a set of light beams forming a single annular beam. closed or open arc.
  • the contour of the output wafer 18 is then defined as the intersection between the base sphere and a plane perpendicular to the optical axis "A".
  • the guide plies are arranged in a first spherical inner layer of four guide plies 12 which are portions of a first common base sphere and in a second spherical outer layer.
  • three guide plies 12 which are portions of a second common base sphere. All the guide plies 12 are centered on a common center "O".
  • the guide plies 12 of the two layers are staggered so that the light sources 28 are angularly offset relative to each other about the optical axis "A".
  • a light beam "F" of non-circular shape through guiding layers are the output edge 18 is not in the form of a circular arc plan.
  • the contour of the output slices 18 is obtained by the intersection between a base sphere and any surface.
  • the contour of the exit slices 18 is obtained by the intersection between the base sphere 13 and a cylindrical surface of revolution.
  • the output slices 18 then have a left contour, that is to say that is not plane.
  • the light rays must therefore be redirected, for example by streaks 34, at their output from the guide ply 12 in order to be directed in the overall direction of the optical axis "A".
  • the light rays from the light source 24 reach the output wafer 18 without losing their intensity.
  • This design therefore makes it possible to obtain a light beam "F" of linear shape, here in the shape of an arc of a circle.
  • Such a lighting or signaling device 10 has a good efficiency, that is to say that the intensity of the emitted light beam “F” is only slightly less than the intensity of the light source 24.
  • the light beam “F” may have an intensity of 600 Cd for a light source with a luminous flux of 25 Lm.
  • the rear portion 12R of the guide ply 12 is advantageously a base sphere portion in order to optimize the intensity of the light beam as much as possible.
  • the invention is also applicable to guide plies which have a basic ellipsoid portion shape which differs little from a base sphere so that the light rays deviate slightly from the "Mr" propagation planes and / or or "Mi" without the intensity of the light beam being significantly degraded. This is particularly the case for ellipsoids whose diameters have relatively similar dimensions.
  • the invention also relates to flat sheets, such as, for example, that represented in FIG. 10, in which the conformation of the reflection slice 20 is determined as a function of the shape and / or the orientation of the exit wafer 18, in such a way that any incident ray "RI” emitted by the light source 28 is reflected by the reflection slice 20 into a reflected ray "RR" included in a plane reflection reflection normal to the guide ply and making a given angle with the exit face 18, such that this ray is refracted by the exit face 18 into a light ray "RS" coming out of the ply parallel to the optical axis "AT”.
  • flat sheets such as, for example, that represented in FIG. 10, in which the conformation of the reflection slice 20 is determined as a function of the shape and / or the orientation of the exit wafer 18, in such a way that any incident ray "RI” emitted by the light source 28 is reflected by the reflection slice 20 into a reflected ray "RR" included in a plane reflection reflection normal to the guide
  • the output wafer 18 is substantially rectilinear and not perpendicular to the optical axis "A", thus forming a determined angle with the normal to this optical axis.
  • the angle between these outgoing radii and the normal "N" at the output wafer 18 is equal to that between the optical axis "A” and this same normal " NOT".
  • the index of refraction of the sheet is known and that of the medium in which the outgoing ray "RS" circulates also.
  • a direct relation such as a Descartes relation, thus makes it possible to obtain the angle of the reflected rays "RR" with the normal "N" at the output wafer 18, hereinafter called "parallel refraction angle".
  • the reflection slice 20 is formed of three parabolas, with a light source 28 disposed at each of their focus. The reflected rays "RR” are therefore included in reflected propagation planes parallel to the "D" direction of the parabolas.
  • the output wafer may have a non-rectilinear shape, for example curved.
  • the shape of the reflection slice will have a complex shape, that is to say a distinct form of a parabola, an ellipse or other simple geometric shapes.
  • a positioning and orientation of the reflection slice is determined such that the angle of the reflected ray "RR" is refracted to an outgoing radius "RS" parallel to the optical axis "A".
  • streaks on the output edge, regardless of the contour of the output curve. These are streaks or holes 36 as previously defined, in order to homogenize the distribution of the light intensity on the output wafer.
  • the rays emerging from each streak will be distributed laterally but centered around the optical axis A.
  • the output wafer is perpendicular to the optical axis, the reflection wafer forming at least one parabola according to the plane of the guide layer and whose director is parallel to this optical axis.
  • the reflected rays are then included in reflected propagation planes parallel to the optical axis.
  • the output wafer is preferably provided with ridges or holes 36 as previously defined, in order to homogenize the distribution of the light intensity on the output wafer. The rays issuing from each streak will be distributed laterally but centered around the optical axis A.

Abstract

L'invention concerne un dispositif (10) d'éclairage ou de signalisation pour véhicule automobile qui est susceptible d'émettre un faisceau linéaire (F) selon la direction d'un axe optique (A), et qui comporte : - une source lumineuse ponctuelle (28) qui émet des rayons lumineux radialement autour d'un axe de source (S) ; - une nappe de guidage (12) des rayons lumineux qui comporte une tranche avant (18) de sortie des rayons lumineux tangentiellement à la nappe de guidage (12), et une tranche arrière de réflexion (20) des rayons lumineux issus de la source lumineuse (28) en direction de la tranche de sortie (18) ; caractérisé en ce que la nappe de guidage (12) est conformée de manière que les rayons lumineux se propagent dans des plans de propagation incidents (Mi) normaux à la nappe (12) entre la source lumineuse (28) et la tranche de réflexion (20) et dans des plan de propagation réfléchis (Mr) normaux à la nappe (12) entre la tranche de réflexion (20) et la tranche de sortie (18).

Description

  • L'invention concerne un dispositif d'éclairage ou de signalisation pour véhicule automobile qui comporte une nappe de guidage de la lumière.
  • L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'éclairage ou de signalisation pour véhicule automobile qui est susceptible d'émettre un faisceau linéaire globalement selon la direction d'un axe optique, et qui comporte :
    • une source lumineuse ponctuelle qui émet des rayons lumineux radialement autour d'un axe de source ;
    • une nappe de guidage des rayons lumineux qui comporte une tranche d'entrée des rayons lumineux, une tranche avant de sortie des rayons lumineux tangentiellement à la nappe de guidage, et une tranche arrière de réflexion des rayons lumineux issus de la source lumineuse en direction de la tranche de sortie.
  • Il est courant de rassembler dans un seul boîtier plusieurs fonctions d'éclairage et/ou de signalisation, de manière à simplifier le câblage électrique de ces différentes fonctions dans un véhicule automobile.
  • De plus, la forme des feux d'éclairage et/ou de signalisation joue un rôle prépondérant dans la recherche d'un style et d'une esthétique originale qui permettra au véhicule automobile d'être reconnu de loin.
  • Pour résoudre ces problèmes, il est connu d'équiper le véhicule avec des guides de lumière. Un guide de lumière est un cylindre de matériau transparent qui forme une sorte de "tuyau" dans lequel les rayons lumineux entrent par une première extrémité d'entrée. Les rayons lumineux sont ensuite guidés le long du guide de lumière par réflexions totales successives sur sa face externe cylindrique.
  • Une portion arrière de la face cylindrique du guide de lumière comporte des irrégularités, telles que des stries de diffusion, qui permettent de diffuser une partie des rayons lumineux vers l'avant de manière qu'une partie des rayons lumineux diffusés sortent du guide de lumière en traversant la portion opposée de la face cylindrique afin de former un faisceau lumineux.
  • Le guide de lumière peut par exemple être conformé en un anneau qui entoure le périmètre avant d'un projecteur de feu de croisement de manière à émettre un faisceau annulaire de lumière. La portion d'extrémité d'entrée du guide de lumière est alors coudée de manière que l'extrémité d'entrée des rayons lumineux soit agencée à l'extérieur de l'anneau formé par le guide de lumière.
  • Cependant une telle solution ne permet pas d'obtenir un faisceau lumineux de forte intensité. En effet, les rayons lumineux émis par la source lumineuse sont guidés de manière aléatoire et non ordonnée à l'intérieur du guide de lumière. De plus seule une partie des rayons lumineux est diffusée vers l'extérieur par les irrégularités. En conséquence, le faisceau lumineux obtenu par un tel dispositif est très peu intense même si la source lumineuse agencée à l'extrémité d'entrée du guide de lumière est très puissante.
  • Or, certaines fonctions d'éclairage et de signalisation requièrent un faisceau lumineux très intense pour être conformes aux réglementations en vigueur. Le guide de lumière n'est donc pas adapté pour réaliser de telles fonctions.
  • En outre, l'aspect du faisceau annulaire obtenu est fortement inhomogène notamment pour les deux raisons suivantes.
  • D'une part le matériau constituant le dispositif d'éclairage ou de signalisation provoque une certaine absorption des rayons lumineux qui le traversent, qui se traduit par des pertes d'autant plus importantes due l'on s'éloigne de la source lumineuse. Il en résulte que la luminosité au voisinage de la source lumineuse est plus importante qu'à distance de cette source, et donc un défaut d'homogénéité.
  • D'autre part une partie des rayons lumineux introduits dans le guide de lumière par la portion coudée d'entrée atteint directement la face opposée du guide de lumière provoquant ainsi l'apparition d'un point très lumineux par rapport au reste du faisceau annulaire.
  • Pour résoudre ces problèmes, l'invention propose un dispositif d'éclairage ou de signalisation pour véhicule automobile comportant une source lumineuse et une nappe de guidage des rayons lumineux qui comporte une tranche d'entrée des rayons lumineux, une tranche avant de sortie des rayons lumineux tangentiellement à la nappe de guidage, et une tranche arrière de réflexion des rayons lumineux issus de la source lumineuse en direction de la tranche de sortie, dans lequel :
    • la nappe de guidage comporte une zone de couplage avec la source lumineuse conformée de manière à ce que les rayons lumineux émis par ladite source lumineuse soient propagés radialement au niveau de ladite zone de couplage autour d'un axe de source,
    • la nappe de guidage est conformée de manière à ce que les rayons lumineux se propagent dans des plans méridiens de propagation incidents normaux à la nappe entre la source lumineuse et la tranche de réflexion, dans des plans de propagation réfléchis normaux à la nappe entre la tranche de réflexion et la tranche de sortie, et
    • la tranche de réflexion est conformée de manière à ce que les plans de propagation réfléchis présentent une orientation par rapport à l'axe optique telle que ledit dispositif d'éclairage soit susceptible d'émette un faisceau lumineux linéaire selon un axe optique globalement longitudinal.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • les plans de propagation réfléchis sont parallèles à l'axe optique du dispositif d'éclairage ;
    • les plans de propagation réfléchis sont orthogonaux à la tranche de sortie ;
    • la nappe de guidage (12) présente une forme galbée ;
    • au moins une première portion arrière de la nappe de guidage qui est délimitée par un secteur angulaire s'étendant depuis l'axe de source et qui enveloppe la tranche de réflexion, présente une forme de portion de sphère de base ;
    • l'axe de source passe par le centre de la sphère de base ;
    • une deuxième portion avant de la nappe de guidage forme un solide de révolution autour de l'axe optique qui passe par le centre de la sphère de base ;
    • les plans de propagation réfléchis sont sécants selon l'axe optique ;
    • au moins deux nappes de guidage sont agencées en une première strate, au moins une troisième nappe de guidage étant agencée en une deuxième strate, chaque nappe de guidage étant une portion d'une sphère de base ;
    • les nappes de guidage de la première strate sont des portions d'une première sphère de base commune, et en ce que les nappes de guidage de la deuxième strate sont des portions d'une deuxième sphère de base commune, toutes les nappes de guidage étant centrées sur un centre commun ;
    • les nappes de guidage possèdent des axes différents et des rayons de courbures différents ;
    • la tranche de sortie des rayons lumineux comporte des moyens pour définir l'ouverture du faisceau lumineux autour de la direction de l'axe optique dans le plan de propagation réfléchi ;
    • la tranche de sortie est conformée à la manière d'une lentille pour dévier les rayons lumineux par réfraction ;
    • la nappe de guidage est plane ;
    • ladite tranche de sortie forme un angle avec la normale à l'axe optique en plusieurs de ses points et est susceptible de réfracter les rayons lumineux sortant, la tranche de réflexion étant conformée de manière à ce que les plans de propagation réfléchis aient une orientation telle par rapport à la tranche de sortie, que les rayons lumineux soient globalement parallèles ou parallèles à l'axe optique une fois réfractés par ladite tranche de sortie ; en l'absence de stries sur la tranche de sortie les rayons lumineux réfractés par la tranche de sortie seront parallèles à l'axe optique ; en présence de stries étalant horizontalement la lumière, les rayons lumineux réfractés par la tranche de sortie seront globalement parallèles à l'axe optique, le faisceau sortant de chaque strie sera centré sur un axe parallèle à l'axe optique ;
    • ladite tranche de sortie est globalement plane, la tranche de réflexion présentant au moins une forme parabolique dont la directrice forme un angle avec la normale à la tranche de sortie tel que les rayons lumineux soient globalement parallèles ou parallèles à l'axe optique une fois réfractés par ladite tranche de sortie ; en l'absence de stries sur la tranche de sortie les rayons lumineux réfractés par la tranche de sortie seront parallèles à l'axe optique ; en présence de stries étalant horizontalement la lumière, les rayons lumineux réfractés par la tranche de sortie seront globalement parallèles à l'axe optique, le faisceau sortant de chaque strie sera centré sur un axe parallèle à l'axe optique ;
    • la tranche de sortie est galbée, la tranche de réflexion présentant une forme complexe telle que pour tout point de la tranche de sortie, tout rayon réfléchi par la tranche de réflexion arrivant en ce point de la tranche de sortie est réfracté parallèlement à l'axe optique ;
    • la tranche de sortie comporte des moyens pour définir l'ouverture du faisceau lumineux dans un plan tangent à la nappe de guidage ;
    • la tranche de sortie comporte des stries qui sont susceptibles de dévier les rayons lumineux sortant par réfraction dans un plan tangentiel à la nappe de guidage ;
    • la nappe de guidage comporte des trous qui sont agencés à proximité du bord de sortie, les rayons lumineux étant déviés de leur trajectoire dans un plan tangentiel en traversant la paroi du trou avant de rentrer de nouveau dans la nappe de guidage en direction de la tranche de sortie ;
    • les trous sont alignés en quinconce parallèlement à la tranche de sortie ;
    • la tranche d'entrée des rayons lumineux comporte une portion avant qui est conformée de manière à disperser les rayons lumineux issus de la source lumineuse se dirigeant directement vers la tranche de sortie ;
    • la source lumineuse est une LED à émission radiale et la nappe de guidage comprend un orifice ayant une tranche périphérique qui correspond à ladite tranche d'entrée, ladite LED à émission radiale étant placée à l'intérieur dudit orifice ;
    • la source lumineuse est une LED à émission axiale et la nappe de guidage comprend une surface de réflexion correspondant à une forme complémentaire à un cône dont l'axe de symétrie correspond à l'axe de source de la source lumineuse, cette surface de réflexion étant agencée en vis-à-vis de la tranche d'entrée afin de diriger les rayons lumineux radialement dans la nappe de guidage ;
    • préférentiellement la surface complémentaire comprend une partie avec un profil conique et une partie plane, la partie avec le profil conique étant entourée par ladite tranche de réflexion et ladite partie plane étant orientée en regard de la tranche de sortie de manière à ce que les rayons émis au niveau de la partie plane soient réfléchis parallèlement à une direction privilégiée, par exemple l'axe optique ; ainsi, l'ensemble des rayons arrivant sur la forme au profil conique sont réfléchis vers la tranche de réflexion, alors que ceux qui ne pourraient pas atteindre cette tranche de réflexion si la surface complémentaire avait un profil entièrement conique, atteignent la surface plane et sont donc réfléchis parallèlement ; on augmente ainsi le rendement optique du dispositif;
    • la source lumineuse est agencée à distance de la tranche d'entrée, les rayons lumineux émis étant guidés jusqu'à la face de réflexion en forme de secteur angulaire de cône d'axe de source afin de diriger les rayons lumineux radialement exclusivement vers la tranche de réflexion de la nappe de guidage.
  • D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels :
    • la figure 1 est une vue de face qui représente un dispositif d'éclairage selon l'invention comportant une nappe de guidage ;
    • la figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle de l'agencement d'une source lumineuse dans la nappe de guidage de la figure 1 ;
    • la figure 3 est une vue de dessous de la nappe de guidage de la figure 1 ;
    • la figure 4 est une vue de côté qui représente une variante de la source lumineuse de la figure 2 ;
    • la figure 5 est une vue en section selon le plan de coupe 5-5 de la figure 3 ;
    • la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5 qui représente une variante de réalisation de l'invention ;
    • la figure 7 est une vue en perspective qui représente un dispositif d'éclairage qui comporte une pluralité de nappes de guidage qui sont agencées sur une sphère de base et dans lequel les tranches de sorties des nappes de guidage comportent des stries ;
    • la figure 8 est de détail en perspective qui représente une variante de réalisation des nappes de guidage de la figure 7 ;
    • la figure 9 est une vue de face qui représente un agencement de plusieurs nappes de guidage en strates ;
    • la figure 10 est une vue de dessus d'un dispositif d'éclairage selon l'invention comportant une nappe de guidage plane ;
    • la figure 11 est une vue en section de détail à plus grande échelle de l'agencement d'une source lumineuse dans la nappe de guidage de la figure 1 ;
    • la figure 12 est une vue en section de détail de l'agencement d'une source lumineuse avec la nappe de guidage selon une variante de réalisation ;
    • la figure 13 est une vue en section de détail de l'agencement d'une source lumineuse avec la nappe de guidage selon une autre variante de réalisation ;
  • Par la suite, des éléments identiques, analogues ou similaires seront désignés par des mêmes numéros de référence.
  • Pour la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif une orientation longitudinale fixe par rapport au véhicule automobile et dirigée d'arrière en avant qui est indiquée par la flèche "L" des figures 1 et 2.
  • On a représenté à la figure 1 un dispositif d'éclairage ou de signalisation 10 pour un véhicule automobile. Le dispositif d'éclairage 10 est susceptible d'émettre un faisceau lumineux linéaire "F" selon un axe optique globalement longitudinal "A".
  • Le dispositif d'éclairage 10 comporte notamment au moins une nappe de guidage de la lumière 12 qui se présente sous la forme d'une portion de calotte sphérique. Le dispositif d'éclairage 10 représenté à la figure 1 comporte une unique nappe de guidage 12 formant une portion d'une sphère de base 13 imaginaire.
  • Pour la suite de la description, on adoptera localement en tout point de la nappe de guidage 12, et à titre non limitatif, une orientation normale "N" orthogonale à la nappe de guidage.
  • La nappe de guidage 12 est ainsi délimitée dans le sens de l'épaisseur, par une face avant 14 et une face arrière 16 de guidage de la lumière. Les deux faces avant 14 et arrière 16 sont parallèles entre elles sur au moins une partie de la nappe.
  • La nappe de guidage 12 est notamment délimitée latéralement par une tranche avant de sortie 18 des rayons lumineux et par une tranche arrière de réflexion de la lumière 20. Dans l'exemple représenté à la figure 1, les extrémités de la tranche de réflexion 20 sont directement raccordées aux extrémité de la tranche de sortie 18 de manière à former le contour extérieur de la nappe de guidage 12.
  • La tranche de réflexion 20 peut être constituée par une couche réfléchissante, telle qu'un revêtement aluminé sur la face externe de la tranche de réflexion 20. On peut également prévoir qu'entre les deux jonctions entre la tranche de réflexion 20 et chacune des faces 14 et 16 de la nappe de guidage 12, la tranche de sortie 18 présente une arrête s'étendant le long de cette tranche et la séparant en deux faces formant un angle entre elle. Ainsi un rayon incident RI subira une double réflexion, une première sur l'une des faces et une seconde sur l'autre face, pour être émis dans le plan de propagation réfléchi "Mr".
  • Le contour de la tranche de sortie de la lumière 18 forme ici un arc de cercle plan, c'est-à-dire que le contour de la tranche de sortie est défini par l'intersection entre la sphère de base 13 et un plan.
  • Selon une variante de l'invention représentée à la figure 7, le contour extérieur de la nappe de guidage 12 comporte aussi des zones de transition 22 inactives qui sont interposées entre la tranche de réflexion 20 et la tranche de sortie 18.
  • Comme représenté à la figure 2, la nappe de guidage 12 comporte aussi un orifice 24 qui est délimité par une tranche périphérique 26 d'entrée de la lumière. L'orifice 24 est ici traversant. Une source lumineuse 28 est agencée dans l'orifice 24 à proximité ou au contact de la tranche d'entrée des rayons lumineux 26.
  • La source lumineuse 28 est susceptible d'émettre des rayons lumineux selon une direction globalement radiale autour d'un axe de source "S" qui est normal à la nappe de guidage 12. Plus précisément, la source lumineuse 28 est susceptible d'émettre un éventail de rayons lumineux radialement au moins vers l'arrière en direction de la tranche de réflexion 20.
  • La source lumineuse 28 est ici une diode électroluminescente ou "LED" dite "Side-Emitter" qui émet des rayons lumineux dans un éventail par exemple d'environ 30° de part et d'autre de la direction radiale dans un plan méridien à l'axe de source "S" et qui est susceptible de s'étendre autour de l'axe de source "S", par exemple sur 360° dans un plan normal à l'axe de source "S".
  • Tel que représenté en figure 11 , la LED de type « side emitter », encore appelée LED à émission latérale est disposée est disposée de façon à ce que sa surface émittrice soit dans une ouverture traversante aménagée dans une zone de couplage "ZC" avec la source lumineuse 28. Des rayons r émis radialement par la LED sont représentés et partent tous dans l'épaisseur de la zone de couplage "ZC". Le cône d'émission C de la LED est également schématiquement représenté, il correspond environ au niveau de la tranche d'entrée à l'épaisseur de la nappe de guidage. Ainsi la zone de couplage "ZC" permet un couplage entre la nappe de guidage 12 et la source lumineuse 28, de manière à ce que les rayons lumineux émis par ladite source lumineuse soient propagés radialement au niveau de ladite zone de couplage autour d'un axe de source "S".
  • Selon des variantes représentées en figures 12 et 13, l'orifice est débouchant seulement dans une des faces de guidage de la nappe de guidage 12 mais pas dans l'autre des faces. Ainsi en figure 12, la source 28 est ici une LED de type Lambertienne , ou LED à émission axiale. Ici, il s'agit - d'une LED dépourvu de dôme, par exemple une LED disponible sous le nom commercial de « Golden Dragon »- . Elle émet dans un demi-espace. Elle est disposée de façon à ce que sa surface émittrice affleure à la surface de la zone de couplage "ZC" qui a été aménagée de manière à ce que les rayons lumineux émis par ladite source lumineuse soient ensuite redirigés radialement au niveau de ladite zone de couplage autour d'un axe de source "S". La zone de couplage "ZC" présente localement une zone d'entrée sous forme d'une surface bombée "B" convexe sur la face du côté duquel se trouve la LED 28, et, sur la face opposée et en regard de cette face convexe "B", une zone s'approchant de la forme d'une forme complémentaire à un cône "CO". On peut distinguer deux types de rayons lumineux émis par cette LED : les rayons de type r1 qui entrent directement dans l'épaisseur de la zone de couplage, et les rayons de type r2 qui sont d'abord réfractés par la surface B puis réfléchis totalement par les parois du cône "CO." Le cône d'émission "C" de la LED est également représenté.
  • Selon la variante représentée en figure 13, on utilise cette fois une LED de type lambertienne à dôme protecteur. Une Telle LED est par exemple connue sous la dénomination commerciale « Led Rebel » . La LED 28 est disposée dans la zone de couplage "ZC" de façon à ce que le dôme soit inséré dans une ouverture non traversante aménagée dans la zone de couplage. On retrouve dans cette ouverture une surface bombée convexe "B'" et sur la face opposée de la zone de couplage une surface aménagée d'une zone s'approchant de la forme d'une forme complémentaire à un cône "CO", pour que comme à la figure 12, les rayons qui l'atteignent repartent dans la zone de couplage "ZC" par réflexion totale. On retrouve donc, comme à la figure 12, deux types de rayons émis par la LED : ceux de type r1 émis vers les côtés qui entrent directement dans la zone de couplage, et ceux de type r2 qui sont d'abord réfractés sur la surface B puis réfléchis totalement sur la surface modifiée située en regard de la surface B.
  • Le cône "CO" peut également présenter une zone déformée permettant de renvoyer les rayons qui sans cette zone atteindrait directement la tranche de sortie. II s'agit par exemple d'une sorte de "troncature" de manière à ce que la zone de réflexion "CO" ait une face plane. Ainsi selon une section selon un plan perpendiculaire à l'axe de source "S" et environ au niveau de la face de la nappe de guidage qui est opposée à la LED 28, le pourtour du cône correspond à un cercle. Avec la troncature on obtient une section en forme de cercle dans lequel un arc de cercle aurait été enlevé, une droite reliant les deux extrémités de la partie du cercle restante. On obtient donc un cercle aplati. Cette droite constitue la base du triangle que forme la troncature sur le cône. Le sommet de ce triangle opposé à cette base se situe sur le cône entre les deux faces de la nappe de guidage, préférentiellement à proximité du sommet du cône. On obtient donc un cône avec une face aplatie. Cette face aplatie est située en regard de la tranche de sortie. L'ensemble des rayons émis au-dessus de la partie au profil conique seront donc répartis autour de l'axe de source "S" à l'intérieur d'un intervalle angulaire correspondant à la partie circulaire de la section du cône sur la face opposée à la LED 28. Préférentiellement le sommet de la face plane est situé entre le sommet du cône et la base de celui-ci, du côté de la tranche de sortie (par exemple à gauche sur les figures 12 et 13). Ainsi l'intervalle angulaire est supérieur à 180°. La tranche de réflexion entoure cette zone au profil conique et de ce fait l'ensemble des rayons réfléchis autour de l'axe de source "S" est réfléchi une deuxième fois par la tranche de réflexion. En revanche, les rayons émis au-dessus de la face plane vont être réfléchis dans la même direction et directement vers la tranche de sortie, la base du triangle constituant la face plane perpendiculaire à l'axe optique.
  • En conclusion sur le choix des LEDs, on voit que l'invention permet d'utiliser des LEDs de caractéristiques très différentes, pouvant émettre soit radialement, soit axialement, soit dans un demi-plan. Il est nécessaire ensuite d'aménager la zone de couplage en conséquence, par exemple en pratiquant une ouverture traversante ou non pour y insérer tout ou partie de la LED, et en prévoyant des moyens optiques quand cela est nécessaire (notamment pour les LEDs émettant dans un demi plan) pour que le maximum de la lumière émise par la LED se propage bien dans l'épaisseur de la zone de couplage sans déperdition jusqu'à la zone arrière de réflexion 20.
  • Dans les exemples représentés, la tranche d'entrée de la lumière 26 est ainsi entourée par le contour extérieur comportant la tranche de sortie 18 et par la tranche de réflexion 20 de la nappe de guidage 12. La tranche d'entrée 26 peut cependant ne pas être fermée. En effet, il existe un secteur de cette tranche 26 peu efficace, situé en vis-à-vis de la tranche de réflexion 20, et pour lequel les rayons réfléchis par la tranche 20 reviennent vers la tranche d'entrée 26. Ces rayons lumineux ne sont donc pas utilisés dans le dispositif d'éclairage ou de signalisation, ils sont perdus. On peut mettre à profit cette observation pour ne pas disposer de matière dans cette région, pour ainsi faciliter le démoulage de la nappe de guidage.
  • La nappe de guidage 12 est réalisée en un matériau transparent dont l'indice de réfraction est supérieur à l'indice de réfraction du milieu dans lequel le dispositif d'éclairage 10 est destiné à être immergé, par exemple l'air. Ainsi, un rayon lumineux introduit dans l'épaisseur de la nappe 12 par sa tranche d'entrée 26 avec un angle incident par rapport à la normale "N" qui est supérieur à un angle limite de réfraction est susceptible d'être réfléchi totalement par les faces de guidage 14, 16.
  • Le rayon lumineux est donc guidé dans l'épaisseur de la nappe de guidage par réflexions successives entre les deux faces de guidage 14, 16.
  • Comme représenté à la figure 3, les rayons lumineux incidents qui partent vers l'arrière sont destinés à être réfléchis par la tranche de réflexion 20, puis les rayons lumineux ainsi réfléchis sont dirigés vers la tranche de sortie 18. Les rayons lumineux réfléchis sortent ainsi par la tranche de sortie 18 tangentiellement à la nappe de guidage 12 afin de former le faisceau lumineux "F" linéaire en arc de cercle.
  • Pour la suite de la description, on définira un rayon lumineux incident comme un rayon lumineux qui est émis par la source lumineuse 28 en direction de la tranche de réflexion 20. Les rayons lumineux émis par la source lumineuse 28 directement en direction de la tranche de sortie 18 ne sont donc pas inclus dans cette définition des rayons incidents. Les rayons lumineux qui sont émis vers l'avant par la source lumineuse 28 directement en direction de la tranche de sortie 18 seront dits "directs".
  • La source lumineuse 28 peut également être constituée d'une lampe à incandescence, par exemple une lampe halogène, à filament axial, insérée dans le contour délimité par la tranche d'entrée 26. On pourra alors avantageusement prévoir dans ce cas qu'une zone de la nappe de guidage, au voisinage de la tranche d'entrée 26, soit réalisée en verre, alors que le reste de la nappe sera réalisée en matériau plastique surmoulé sur cette zone en verre. Une telle conception permet de s'affranchir des problèmes thermiques que pourrait générer l'utilisation d'une source à incandescence.
  • Pour éviter que la tranche d'entrée 26 ne soit visible par un observateur situé dans l'axe A, ou plus exactement pour éviter que cet observateur voie un spot lumineux, correspondant à la source lumineuse, entouré de deux points noirs, correspondant aux faces supérieure et inférieure de la tranche d'entrée 26, il est avantageux de faire en sorte que chaque point de la portion de la tranche d'entrée 26 correspondant aux rayons directs réemette de la lumière vers une zone donnée de la tranche de sortie.
  • On pourra par exemple donner une forme complexe 29 à la tranche d'entrée 26, de telle manière que les rayons lumineux soient collimatés dans le plan tangent à la nappe, afin que ces rayons lumineux atteignent une zone réduite de la tranche de sortie 18. L'addition de stries sur cette forme complexe 29 permet ensuite d'optimiser la concentration des rayons atteignant la zone de la tranche de sortie 18, et par conséquent également la taille de cette zone de la tranche de sortie 18, afin que cette zone n'apparaisse pas plus brillante que le reste du contour pour un observateur situé dans l'axe.
  • La portion de tranche d'entrée 26 qui est orientée vers l'avant est ainsi conformée de manière à distribuer les rayons lumineux directs de manière sensiblement homogène le long de la tranche de sortie 18. Comme représenté à la figure 2, la portion avant 29 de la tranche d'entrée 26 est striée de manière à disperser les rayons lumineux en un éventail qui couvre au moins la totalité de la tranche de sortie 18.
  • De manière à ce que les rayons lumineux directs soient collimatés dans le plan tangent à la nappe, il est également possible de placer sur la zone de la tranche d'entrée correspondant aux rayons directs, à l'avant de la LED par rapport à l'axe optique, une zone de la forme d'une surface bombée convexe, en regard de la LED 28, la surface étant bombée en direction de la LED. Par exemple, la zone bombée peut être mise à la place de la zone striée 29 représentée en figure 2. Selon une variante de réalisation, représentée sur la figure 10, l'orifice à l'intérieur duquel est placé la LED 28, a une forme telle qu'il présente d'une part une forme concave, à l'arrière de la LED 28 par rapport à l'axe optique "A" du dispositif d'éclairage et dont la section est préférentiellement un demi-cercle, et d'autre part une forme bombée convexe à l'avant de la LED. La forme concave et la forme convexe sont séparées par une portion plane, permettant de positionner la source lumineuse de façon plus proche de la forme concave à l'arrière que de la forme convexe à l'avant. On éloigne ainsi la forme convexe de la source et diminue ainsi la section du cône de rayons directs atteignant la forme convexe. Une partie des rayons atteindrons ainsi la partie plane et seront réfractés en direction de la face de réflexion. On augmente ainsi la quantité de rayons réfléchis. Il est à noter que par souci de clarté, seul l'orifice est représenté en figure 10 ; la LED 28 n'est pas représentée mais sa référence indique sa position au sein de l'orifice.
  • De même, on pourra prévoir que la tranche d'entrée 26 soit légèrement tronconique, de manière à optimiser la direction moyenne des rayons dans la nappe dans le plan méridien par rapport à la tangente à la nappe.
  • Selon une variante représentée à la figure 4, la source lumineuse 28 est agencée à proximité de la tranche d'entrée 26. La source lumineuse 28 est associée à une face de réflexion 30 qui est agencée en vis-à-vis de la tranche d'entrée des rayons lumineux. La face de réflexion 30 est conformée de manière à réfléchir les rayons lumineux globalement radialement vers la tranche d'entrée 26 de la nappe de guidage 12. Les rayons lumineux issus de la source lumineuse 28 sont par exemple conduits jusqu'à la face de réflexion 30 par un guide de lumière 32, par une fibre optique (non représentée), ou par un réflecteur (non représenté) qui focalise les rayons lumineux vers la face de réflexion 30.
  • La source lumineuse 28 est par exemple une lampe halogène ou une diode électroluminescente.
  • Dans l'exemple représenté à la figure 4, les rayons lumineux sont guidés de manière à atteindre la face de réflexion 30 globalement selon l'axe de source "S". La face de réflexion 30 est conformée en un cône de révolution ou en une portion de cône de révolution d'axe de source "S" de manière à réfléchir les rayons radialement en couronne autour de l'axe de source "S".
  • Avantageusement, la face de réflexion 30 est conformée en une portion arrière de cône de manière à ne pas produire de rayons lumineux "directs" mais seulement des rayons lumineux "incidents".
  • Avantageusement, la face de réflexion 30 forme une face d'extrémité supérieure du guide de lumière 32 et le guide de lumière 32 est réalisé venu de matière avec la nappe de guidage 12.
  • Selon les enseignements de l'invention, la nappe de guidage 12 est conçue de manière que les rayons lumineux incidents émis vers l'arrière par la source lumineuse 28 se propagent dans la nappe de guidage 12 selon des plans méridiens "Mi" de propagation dits "incidents" qui rayonnent radialement depuis l'axe de source "S". Ainsi, chaque rayon lumineux est guidé de manière à suivre une direction radiale à l'intérieur de la nappe de guidage 12 jusqu'à la tranche de réflexion 20.
  • De plus, la nappe de guidage 12 est aussi conçue de manière que les rayons réfléchis par la tranche de réflexion 20 se propagent vers l'avant selon des plans plan de propagation dits "réfléchis" qui sont normaux à la nappe de guidage 12 entre la tranche de réflexion 20 et la tranche de sortie 18. La tranche de réflexion 20 est plus particulièrement conformée de manière que les plans de propagation réfléchis "Mr" soient orientés parallèlement à l'axe optique "A".
  • Ainsi, les rayons lumineux réfléchis sont distribués parallèlement tout au long de la tranche de sortie 18 de manière que chaque point de la tranche de sortie émette une quantité sensiblement égale de lumière dans la direction de l'axe optique A. De cette manière, la tranche de sortie est vue de façon homogène pour un observateur regardant le contour de sortie dans l'axe A.
  • Avantageusement, mais de manière non limitative, les plans de propagation réfléchis "Mr" sont orthogonaux à la tranche de sortie 20 de manière que la totalité des rayons lumineux réfléchis qui atteignent la tranche de sortie 20 sortent sans perte d'intensité lumineuse.
  • La tranche de réflexion 20 est ici perpendiculaire aux faces de guidage 14, 16 de la nappe de guidage 12.
  • Cette conception est rendue possible d'une part par la forme de portion de sphère de base 13 d'au moins une portion arrière 12R de la nappe de guidage qui est parcourue par les rayons lumineux incidents entre la source lumineuse 28 et la tranche de réflexion 20, et d'autre part par la forme particulière donnée au contour de la tranche de réflexion 20.
  • La portion arrière 12R forme au moins un secteur angulaire s'étendant depuis l'axe de source "S" et qui enveloppe la tranche de réflexion 20.
  • Du fait de la forme galbée en portion de sphère de base 13 de la portion arrière 12R de la nappe de guidage 12, les plans de propagation réfléchis "Mr" sont sécants le long d'un même axe qui passe par le centre "O" de la sphère de base et qui est confondu avec l'axe optique "A". De plus, l'axe de source "S" est sécant avec l'axe optique "A" au niveau du centre "O" de la sphère de base.
  • Par ailleurs, le contour de la tranche de réflexion 20 est défini mathématiquement par l'équation suivante : dOM → ⁢ ^ ⁢ u i → - u r → = 0 →
    Figure imgb0001
    • "O" étant le centre de la sphère de base de la portion arrière de la nappe de guidage 12 ;
    • "M" étant un point quelconque de la tranche de réflexion 20 ;
    • dOM →
      Figure imgb0002
       étant la différentielle du vecteur OM, c'est-à-dire la tangente en M au contour de la tranche de réflexion 20 ;
    • u i →
      Figure imgb0003
       étant un vecteur unitaire orthogonal au plan méridien incident "Mi" passant par le point "M" ;
    • u r →
      Figure imgb0004
       étant un vecteur unitaire orthogonal au plan de propagation réfléchi "Mr" passant par le point "M".
  • Cette équation traduit le fait que l'image d'un plan de propagation incident "Mi" par la tranche de réflexion 20 est un plan de propagation "Mr".
  • Cette équation différentielle est susceptible d'être résolue soit par des moyens analytique soit de manière numérique en utilisant un calculateur.
  • Lorsque le rayon de la sphère de base 13 tend vers l'infini, la nappe de guidage 12 peut être considérée comme plate. La tranche de réflexion 20 a alors la forme d'une parabole et les plans de propagation réfléchis "Mr" sont parallèles entre eux.
  • Cependant, lorsque le rayon de la sphère de base 13 est fini, la forme de la tranche de réflexion ne peut pas être assimilée à une parabole.
  • Les nappes de guidage 12 représentées aux figures sont ici des portions de calottes sphériques.
  • Selon une variante non représentée de l'invention, la nappe de guidage 12 a une forme plus complexe. Pour respecter les conditions décrites précédemment, il est cependant essentiel qu'une portion arrière 12R de la nappe de guidage 12 forme une portion de la sphère de base.
  • En revanche, tout en respectant la condition selon laquelle les plan de propagation réfléchis "Mr" sont sécants selon l'axe optique "A" et orthogonaux à la nappe de guidage 12, l'autre portion avant 12F de la nappe de guidage 12 qui est parcourue uniquement par les rayons réfléchis peut avoir des formes variées. Pour ce faire, les faces de guidage 14, 16 forment des surfaces de révolution autour de l'axe optique "A" passant par le centre "O" de la sphère de base 13.
  • Les rayons de courbure de la section de la nappe de guidage 12 selon le plan de propagation réfléchi "Mr" sont avantageusement suffisamment grands pour éviter que les rayons lumineux incidents n'atteignent l'une des faces de guidage 14, 16 avec un angle supérieur à l'angle limite de réfraction et ne sorte de la nappe de guidage 12 avant d'atteindre la tranche de sortie 18.
  • Par exemple, la nappe de guidage 12 peut avoir une portion avant de forme évasée.
  • Selon un autre aspect de l'invention, en fonction des caractéristiques du faisceau lumineux "F" que l'on cherche à obtenir, la nappe de guidage 12 est complétée par des systèmes optiques connus pour focaliser ou au contraire étaler les rayons lumineux formant le faisceau lumineux"F" dans un plan méridien et/ou dans un plan tangent à la nappe de guidage 12.
  • A cet effet, la tranche de sortie 18 de la nappe de guidage est ici conformée comme une lentille linéaire.
  • La tranche de sortie 18 est par exemple inclinée par rapport à une direction normale à la nappe 12 comme représenté à la figure 5. Ainsi, les rayons lumineux sortant sont déviés par réfraction de manière à diverger ou au contraire à être focalisés parallèlement à l'axe optique "A".
  • Selon une variante représentée à la figure 6, la nappe 12 s'évase à proximité de la tranche de sortie 18, qui est elle-même ici bombée, de manière à focaliser les rayons lumineux dans le plan de propagation réfléchi "Mr".
  • Comme représenté à la figure 7, la tranche de sortie 18 peut aussi être munie de stries radiales 34 de manière à étaler la lumière dans un plan tangentiel à la nappe de guidage 12 afin que le faisceau lumineux "F" soit visible par un observateur qui est situé de biais par rapport à l'axe optique "A".
  • Selon une variante de l'invention qui est représentée à la figure 8, les stries 34 sont remplacées par des trous 36 qui sont réalisés dans la nappe de guidage 12 à proximité de la tranche de sortie 18. Les trous 36 sont ici alignés en quinconce parallèlement à la tranche de sortie 18. Le contour des trous est réalisé de manière que les rayons réfléchis soient déviés par réfraction de manière divergente en arrivant au trou 36 avant de pénétrer de nouveau dans la nappe de guidage 12 en direction de la tranche de sortie 18. L'agencement en quinconce des trous 36 permet de ne pas laisser d'échappatoire par lesquels des rayons réfléchis atteindraient la tranche de sortie 18 sans passer par un trou 36.
  • Selon un autre aspect de l'invention, comme représenté à la figure 7, on peut agencer une pluralité de nappes de guidage 12 formant des portions d'une sphère de base 13 commune manière à obtenir un ensemble de faisceaux lumineux formant un unique faisceau annulaire fermé ou en arc de cercle ouvert.
  • Le contour de la tranche de sortie 18 est alors défini comme l'intersection entre la sphère de base et un plan perpendiculaire à l'axe optique "A".
  • Selon une variante de l'invention représentée à la figure 9, les nappes de guidages sont agencées en une première strate intérieure sphérique de quatre nappes de guidage 12 qui sont des portions d'une première sphère de base commune et en une deuxième strate extérieure sphérique de trois nappes de guidage 12 qui sont des portions d'une deuxième sphère de base commune. Toutes les nappes de guidage 12 sont centrées sur un centre commun "O". Ainsi, on peut obtenir deux faisceaux annulaires concentriques avec un dispositif d'éclairage ou de signalisation 10 d'encombrement réduit. Les nappes de guidage 12 des deux strates sont agencées en quinconce de manière à ce que les sources lumineuses 28 soient décalées angulairement les unes par rapport aux autres autour de l'axe optique "A".
  • Selon une variante non représentée de l'invention, il est aussi possible d'obtenir un faisceau lumineux "F" de forme non circulaire grâce à des nappes de guidage sont la tranche de sortie 18 n'est pas en forme d'arc de cercle plan. Ainsi, le contour des tranches de sortie 18 est obtenu par l'intersection entre une sphère de base et une surface quelconque.
  • Il est par exemple possible d'agencer plusieurs nappes de guidage qui possèdent des axes différents et des rayons de courbures différents, par exemple pour réaliser un contour quelconque constitué de plusieurs arc de cercles.
  • Par exemple, pour obtenir un faisceau lumineux "F" formant un anneau elliptique, le contour des tranches de sortie 18 est obtenu par l'intersection entre la sphère de base 13 et une surface cylindrique de révolution. Les tranches de sorties 18 ont alors un contour gauche, c'est-à-dire qui n'est pas plan. Les rayons lumineux doivent donc être redirigés, par exemple par des stries 34, à leur sortie de la nappe de guidage 12 afin d'être dirigé dans la direction globale de l'axe optique "A".
  • Grâce au dispositif d'éclairage ou de signalisation 10 selon l'invention, les rayons lumineux issus de la source lumineuse 24 atteignent la tranche de sortie 18 sans perdre leur intensité. Cette conception permet donc d'obtenir un faisceau lumineux "F" de forme linéaire, ici en forme d'arc de cercle.
  • Un tel dispositif d'éclairage ou de signalisation 10 présente un bon rendement, c'est-à-dire que l'intensité du faisceau lumineux émis "F" est à peine moins forte que l'intensité de la source lumineuse 24. Par exemple, le faisceau lumineux "F" peut avoir une intensité de 600 Cd pour une source lumineuse d'un flux lumineux de 25 Lm.
  • De manière générale, on comprendra que la portion arrière 12R de la nappe de guidage 12 est avantageusement une portion de sphère de base afin d'optimiser au maximum l'intensité du faisceau lumineux.
  • Cependant, l'invention est aussi applicable à des nappes de guidage qui ont une forme de portion d'ellipsoïde de base qui diffère peu d'une sphère de base de manière que les rayons lumineux dévient légèrement des plans de propagation "Mr" et/ou "Mi" sans que l'intensité du faisceau lumineux ne soit dégradée de manière sensible. C'est notamment le cas pour les ellipsoïdes dont les diamètres ont des dimensions relativement voisines.
  • L'invention concerne également des nappes planes, telles que par exemple celle représentée en figure 10, où la conformation de la tranche de réflexion 20 est déterminée en fonction de la forme et/ou de l'orientation de la tranche de sortie 18, de manière à ce que tout rayon incident "RI" émis par la source lumineuse 28, soit réfléchis par la tranche de réflexion 20 en un rayon réfléchi "RR" compris dans un plan de réflexion réfléchi normal à la nappe de guidage et effectuant un angle donné avec la face de sortie 18, tel que ce rayon est réfracté par la face de sortie 18 en un rayon lumineux "RS" sortant de la nappe parallèlement à l'axe optique "A".
  • Selon la figure 10, la tranche de sortie 18 est substantiellement rectiligne et non perpendiculaire avec l'axe optique "A", formant donc un angle déterminé avec la normale à cet axe optique. Pour des rayons sortant "RS" parallèles à l'axe optique, l'angle entre ces rayons sortants et la normale "N" à la tranche de sortie 18 est égal à celui entre l'axe optique "A" et cette même normale "N". L'indice de réfraction de la nappe est connu et celui du milieu dans lequel circule le rayon sortant "RS" également. Une relation direct, telle qu'une relation de Descartes, permet donc d'obtenir l'angle des rayons réfléchis "RR" avec la normale "N" à la tranche de sortie 18, appelé ci-après "angle de réfraction parallèle". La tranche de réflexion 20 est formée de trois paraboles, avec une source lumineuse 28 disposées à chacun de leur foyer. Les rayons réfléchis "RR" sont donc compris dans des plans de propagation réfléchis parallèles aux directrices "D" des paraboles. Ainsi, en choisissant une orientation de la tranche de réflexion 20 de manière à ce que les directrices "D" des paraboles fasse un angle avec la normale à la tranche de sortie 18 qui correspond à l'angle de réfraction parallèle, les rayons incidents "RI" seront réfléchis par la tranche de réflexion 20, en rayons réfléchis "RR", qui seront eux-mêmes réfractés par la tranche de sortie 18 en rayon sortants "RS" parallèles à l'axe optique "A".
  • Trois paraboles ont été représentées mais cela n'est pas limitatif. On peut en effet en prévoir moins ou davantage. En utilisant davantage de paraboles et en les limitant sur le côté, on diminue la distance du foyer de la parabole à la tranche de sortie, permettant ainsi l'utilisation de nappes de guidage moins profondes.
  • Selon une variante de réalisation non représentée, la tranche de sortie peut avoir une forme non rectiligne, par exemple galbée. Dans ces conditions la forme de la tranche de réflexion aura une forme complexe, c'est-à-dire une forme distincte d'une parabole, d'une ellipse ou d'autres formes géométriques simples. Pour chaque portion de la tranche de sortie, on détermine un positionnement et une orientation de la tranche de réflexion, tels que l'angle du rayon réfléchi "RR" soit réfracté en un rayon sortant "RS" parallèle à l'axe optique "A".
  • Il est possible de placer des stries sur la tranche de sortie, quel que soit le contour du galbe de sortie. Il s'agit de stries ou de trous 36 tels que précédemment définis, afin d'homogénéiser la répartition de l'intensité lumineuse sur la tranche de sortie. En outre, les rayons sortant de chaque strie seront répartis latéralement mais centrés autour de l'axe optique A.
  • Selon une autre variante de réalisation, la tranche de sortie est perpendiculaire à l'axe optique, la tranche de réflexion formant au moins une parabole selon le plan de la nappe de guidage et dont la directrice est parallèle à cet axe optique. Les rayons réfléchis sont alors compris dans des plans de propagation réfléchis parallèles à l'axe optique. La tranche de sortie est préférentiellement pourvue de stries ou de trous 36 tels que précédemment définis, afin d'homogénéiser la répartition de l'intensité lumineuse sur la tranche de sortie. Les rayons sortant de chaque strie seront répartis latéralement mais centrés autour de l'axe optique A.

Claims (22)

  1. Dispositif (10) d'éclairage ou de signalisation pour véhicule automobile qui est susceptible d'émettre un faisceau linéaire (F) globalement selon la direction d'un axe optique (A), et qui comporte :
    - une source lumineuse (28);
    - une nappe de guidage (12) des rayons lumineux qui comporte une tranche d'entrée (26) des rayons lumineux, une tranche avant (18) de sortie des rayons lumineux tangentiellement à la nappe de guidage (12), et une tranche arrière de réflexion (20) des rayons lumineux issus de la source lumineuse (28) en direction de la tranche de sortie (18) ;
    caractérisé en ce que la nappe de guidage (12) comporte une zone de couplage (ZC) avec la source lumineuse (28) conformée de manière à ce que les rayons lumineux émis par ladite source lumineuse soient propagés radialement au niveau de ladite zone de couplage autour d'un axe de source (S), en ce que la nappe de guidage (12) est conformée de manière à ce que les rayons lumineux se propagent dans des plans méridiens de propagation incidents (Mi) normaux à la nappe (12) entre la source lumineuse (28) et la tranche de réflexion (20), dans des plans de propagation réfléchis (Mr) normaux à la nappe (12) entre la tranche de réflexion (20) et la tranche de sortie (18), et en ce que la tranche de réflexion (20) est conformée de manière à ce que les plans de propagation réfléchis (Mr) présentent une orientation par rapport à l'axe optique (A) telle que ledit dispositif d'éclairage (10) soit susceptible d'émette un faisceau lumineux linéaire (F) selon un axe optique globalement longitudinal (A).
  2. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les plans de propagation réfléchis (Mr) sont parallèles à l'axe optique (A) du dispositif d'éclairage (10).
  3. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plans de propagation réfléchis (Mr) sont orthogonaux à la tranche de sortie (18).
  4. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la nappe de guidage (12) présente une forme galbée.
  5. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins une première portion arrière (12R) de la nappe de guidage (12) qui est délimitée par un secteur angulaire s'étendant depuis l'axe de source (S) et qui enveloppe la tranche de réflexion (20), présente une forme de portion de sphère de base (13).
  6. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'axe de source (S) passe par le centre (O) de la sphère de base (13).
  7. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une deuxième portion avant (12F) de la nappe de guidage (12) forme un solide de révolution autour de l'axe optique (A) qui passe par le centre (O) de la sphère de base (13).
  8. Dispositif (10) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les plans de propagation réfléchis (Mr) sont sécants selon l'axe optique (A).
  9. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins deux nappes de guidage (12) sont agencées en une première strate, au moins une troisième nappe de guidage (12) étant agencée en une deuxième strate, chaque nappe de guidage (12) étant une portion d'une sphère de base.
  10. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les nappes de guidage (12) de la première strate sont des portions d'une première sphère de base commune, et en ce que les nappes de guidage (12) de la deuxième strate sont des portions d'une deuxième sphère de base commune, toutes les nappes de guidage (12) étant centrées sur un centre commun "O".
  11. Dispositif (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les nappes de guidage (12) possèdent des axes différents et des rayons de courbures différents.
  12. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tranche de sortie (18) des rayons lumineux comporte des moyens pour définir l'ouverture du faisceau lumineux autour de la direction de l'axe optique (A) dans le plan de propagation réfléchi (Mr).
  13. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la nappe de guidage (12) est plane.
  14. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite tranche de sortie (18) est globalement plane, la tranche de réflexion (20) présentant au moins une forme parabolique dont la directrice (D) forme un angle avec la normale à la tranche de sortie (18) tel que les rayons lumineux soient parallèles ou globalement parallèles à l'axe optique (A) une fois réfractés par ladite tranche de sortie.
  15. Dispositif (10) selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite tranche de sortie (18) est galbée, la tranche de réflexion (20) présentant une forme complexe telle que pour tout point de la tranche de sortie (18), tout rayon réfléchi par la tranche de réflexion (20) arrivant en ce point de la tranche de sortie est réfracté parallèlement à l'axe optique (A).
  16. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tranche de sortie comporte des moyens (34, 36) pour définir l'ouverture du faisceau lumineux dans un plan tangent à la nappe de guidage (12).
  17. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tranche de sortie (18) comporte des stries (34) qui sont susceptibles de dévier les rayons lumineux sortant par réfraction dans un plan tangentiel à la nappe de guidage (12).
  18. Dispositif (10) selon la revendication 16, caractérisé en ce que la nappe de guidage (12) comporte des trous (36) qui sont agencés à proximité du bord de sortie, les rayons lumineux étant déviés de leur trajectoire dans un plan tangentiel en traversant la paroi du trou (36) avant de rentrer de nouveau dans la nappe de guidage (12) en direction de la tranche de sortie (18).
  19. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tranche d'entrée (26) des rayons lumineux comporte une portion avant (29) qui est conformée de manière à disperser les rayons lumineux issus de la source lumineuse (28) se dirigeant directement vers la tranche de sortie (18).
  20. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse (28) est une LED à émission radiale et la nappe de guidage (12) comprend un orifice (24) ayant une tranche périphérique qui correspond à ladite tranche d'entrée (26), ladite LED à émission radiale étant placée à l'intérieur dudit orifice.
  21. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse (28) est une LED à émission axiale et la nappe de guidage (12) comprend une surface de réflexion correspondant à une forme complémentaire à un cône (CO) et étant agencée en vis-à-vis de la tranche d'entrée afin de diriger les rayons lumineux radialement dans la nappe de guidage.
  22. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite forme complémentaire comprend une partie avec un profil conique et une partie plane, la partie avec le profil conique étant entourée par ladite tranche de réflexion (20) et ladite partie plane étant orientée en regard de la tranche de sortie (18) de manière à ce que les rayons émis au niveau de la partie plane soient réfléchis parallèlement à une direction privilégiée.
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