EP1140581A1 - Detecteur de salissures sur la surface d'une plaque transparente - Google Patents

Detecteur de salissures sur la surface d'une plaque transparente

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Publication number
EP1140581A1
EP1140581A1 EP99959487A EP99959487A EP1140581A1 EP 1140581 A1 EP1140581 A1 EP 1140581A1 EP 99959487 A EP99959487 A EP 99959487A EP 99959487 A EP99959487 A EP 99959487A EP 1140581 A1 EP1140581 A1 EP 1140581A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
face
plate
detector according
signal
faces
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99959487A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Loanmy Le Ba
Jacques Sabater
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes dEssuyage SAS
Original Assignee
Valeo Systemes dEssuyage SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes dEssuyage SAS filed Critical Valeo Systemes dEssuyage SAS
Publication of EP1140581A1 publication Critical patent/EP1140581A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
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    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
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    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B60S1/0833—Optical rain sensor
    • B60S1/0837—Optical rain sensor with a particular arrangement of the optical elements

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting dirt on the surface of a plate transparent to visible radiation, in particular of the window of a motor vehicle.
  • the invention relates more particularly to a dirt detector, for example a liquid detector, on the surface of a transparent plate which has two opposite faces which are substantially parallel, an internal face and an external face, defining an internal volume.
  • a transmitter is arranged on the internal face of the plate and emits a signal of modulated light in direction of the interior of the plate so that the signal penetrates into the plate .
  • the signal strikes one of the faces of the plate, the signal is reflected towards the inside of the plate if this face is in contact with air or altered - that is to say refracted, focused, absorbed, diffused, etc. - in the case where the face is in contact with dirt to be detected.
  • Soiling is understood to mean any deposit having an aqueous component, such as rain, snow, frost, mud, etc.
  • This type of device also includes a receiver arranged on a target area of one face of the plate so that the signal which moves in the plate, when it strikes the target area, is reflected and is received by the receiver.
  • Such detection devices allow for example to control the triggering of the vehicle wipers when drops of water appear on the windshield.
  • the angle of incidence of the modulated light signal is chosen in such a way that the ray is reflected towards the internal face of the windscreen. breaks if the outer face is in contact with air at the level of the signal impact zone and in such a way that the ray is at least partially refracted towards the outside if water or dirt covers the impact zone of the external face.
  • optical coupling means have been arranged whose refractive index is such that the signal is refracted through the internal face of the windshield to be transmitted to a suitable receiver.
  • the receiver picks up a signal above a determined threshold, no soiling at the level of the zones of impact of the signal against the external face of the windshield is detected. On the contrary, if the receiver no longer receives a signal (for example due to absorption, scattering or refraction), or if it receives a signal of significantly higher level (for example due to focusing), the presence dirt, for example drops of water, is present on the outside of the windshield.
  • a signal for example due to absorption, scattering or refraction
  • a signal of significantly higher level for example due to focusing
  • the signal received by the receiver was low.
  • the number of signal reflections on the external face of the plate has been multiplied by detecting the modulated light after having been reflected several times and alternately on the external face and on the internal face of the plate.
  • This method has the drawbacks of being particularly sensitive to fogging deposits on the internal face of the plate, of imposing a precise relative positioning of the transmitter and receiver parts, and of being sensitive to variations and imperfections in thickness of the plate.
  • the invention aims to eliminate these drawbacks by proposing a detector which is both compact and capable of providing an adapted number of reflections on the face to be monitored, by exploiting the principle of total reflection.
  • means for deflecting the signal from the transmission means so that this signal is reflected a first time on the external face of the plate in a direction included in an initial plane of incidence, and means for deviation of the signal to the reception means; the return faces then successively orient the signal towards the external face in at least one plane of incidence substantially not parallel to the initial plane of incidence so that the path of the light signal between the transmission and reception means achieves at least two reflections on the external face of the plate through the optical coupling means without reflection on the internal face of this plate.
  • the path of the signal, between the transmission and reflection means is confined substantially in the optical unit and in the volume of plate located opposite the unit.
  • the optiq ue block is generally cut out according to a rectangular parallelepiped having mainly a front face, an upper face, a rear face, two lateral faces and a bottom face of interface with the plate ;
  • the return faces are formed by the rear face, the upper face and the front face, or by the front face and the rear face, these two faces being inclined to return the signal to the plate;
  • the light signal enters the optical block after deflection by an input face situated on the front face of the optical block, and leaves the optical block before deviation on the receiving means by an output face situated on the front face when the number of reflections on the external face of the plate is even, and on the rear face when this number of reflections is odd;
  • the inlet and outlet faces of the block form lenses, which can be coupled to an optical reference to constitute the deflection means;
  • At least one of the lenses is a convex lens comprising at least one aspherical or spherical surface, or is a lens of
  • the lenses being able to form an integral part of the optical unit
  • the optical coupling means are formed by a flexible layer of material transparent to the light signal, for example silicone, the layer being compressed between the bottom face of the optical unit and the internal face of the plate;
  • An interference filter is provided between the output face and the reception means tuned to the spectral band of the signal to eliminate stray light;
  • the optiq ue block and the optiq ue coupling means are colored in the mass to eliminate stray light;
  • a heating element is arranged near or against one of the faces of the optiq ue block to eliminate fogging; thanks to the compactness of the detector, the mist is eliminated quickly and efficiently;
  • the emitting means can be constituted by a light-emitting diode or by a photodiode, and the receiving means by a silicon photodetector cell, the emitting iodine and the receiving cell being able to be placed close to each other;
  • the transmitting and receiving means are connected to a processing unit formed on a printed circuit card to provide amplitude modulation for the signal of the transmitting iodine and synchronous detection of the signal received by the photodetector cell;
  • the return faces undergo a treatment reflecting the light signal, for example aluminization, or are coated with a layer of material reflecting the light signal; - the faces of the optical unit, other than the deflection and interface faces, are covered with a material absorbing the light signal.
  • FIG. 3 a schematic perspective view of a variant of the optic block of the detector according to FIG. 2.
  • the plate 1 has a plate 1 of transparent material which has two opposite faces internal 2 and external 3 substantially parallel.
  • the plate 1 is substantially planar, but the invention can be applied in the case of a plate having curved shapes, as is for example the case for the windows of a motor vehicle , and in particular for windshields.
  • the plate 1 carries a dirt detector composed of an optical block 9, disposed on the side of the internal face 2 of the plate 1, and which is intended to detect the presence of dirt, for example of drops of water, on the external face 3 thereof.
  • the optical unit according to this nonlimiting exemplary embodiment has a central axis of symmetry X'X.
  • the detector also includes a transmitter 4 and a receiver 5.
  • the transmitter r is a light emitting diode which emits a light signal S in modulated light, near infrared in the embodiment, but which could be in visible light in d other examples.
  • the receptor is a silicon cell.
  • the light signal is emitted in direction of the optical block 9 which is produced in the form of a body made of transparent plastic material for the light signal used, for example in PMMA (polymethyl methacrylate) with an average index equal to 1 , 48 of generally parallelepiped shape with a rectangle, and of dimensions approximately equal to 25 X 25 X 5 mm 3 .
  • the block can be made of another plastic material (poly carbonate, polyethylene, etc.) or glass.
  • This block has dedicated flat cutting faces, namely: - A front face 18 and a rear face 15, in which the inclined input 6 and output 17 faces of the light signal S are respectively cut; these inlet and outlet faces are cut to form, with respect to the axis X'X normal to the plate 1, an angle substantially equal to 45 °,
  • the silicone layer 7, cut along the perimeter of the bottom face 16, ensures optical continuity of the path of the light signal by achieving total refraction at the interface 16-2 or 2-16 - that is to say - say respectively: bottom face 16 on internal face 2, or internal face 2 on bottom face 16 - whatever the direction of travel of the signal S.
  • the silicone layer forms an adequate optical coupling means because its index of refraction is close to that of block 9 and that of plate 1: the possibilities of reflection of the signal are thus considerably reduced when the signal crosses the interface 16-2 or 2-16.
  • the reflection of the signal on the deflection faces is called total reflection insofar as the angle of incidence on these faces, conditioned by the initial value of the angle of penetration into the block after deviation, remains greater than the refractive limit angle.
  • optical references R1 and R2 coupled to deflection lenses L1 and L2 make it possible to orient the signal S in the optical unit from the emitting diode 4 and to the receiving cell 5 at the end of the unit.
  • L1 or L2 lenses form aspherical surfaces of revolution.
  • the lenses can be bonded to the inlet and outlet faces of the block or to the optical references, or be an integral part of the optical block by molding the block, references and lenses assembly.
  • the signal S follows an optical path oriented to produce an odd number of reflections on the external face of the plate 1, three reflections 10, 11 and 12, in the embodiment, with four references in the optical unit 9 between the emitting diode 4 and the photoreceptor cell 5, ie on the rear faces 1 5, upper 14 and front 1 8.
  • the signal S is oriented in a direction D 1 forming an angle approximately equal to 45 ° with the normal X'X, this direction being included in an initial plane of incidence P1 perpendicular to plate 1.
  • the trace of the plane P 1 is visible on the top view illustrated in FIG. 1 b.
  • the plane P1 forms a suitable angle ⁇ , approximately equal to 3 ° to achieve the desired number of reflections on the external face of the plate and references in the optical unit, respectively three and q ure in the exemplary embodiment between the transmission and reception means.
  • the signal S then follows the following optical path: - after crossing the interface 16-2 and a first reflection on the external face 3 of the plate 1, in an elementary zone referenced 1 0, followed by a crossing of the interface 2-1 6, it is returned by the rear faces 1 5 and upper 14, to be oriented towards the external face (3) in an incidence plane P2, forming an ang the substantially equal to 2 ⁇ with the initial incidence plan P 1; - after the second crossing of the interface 1 6-2 and reflection on the external face 3 in an elementary area 1 1, and crossing again of the interface 2-1 6, it is successively subjected to two references on the upper face 14 and on the front face 1 8 and is reoriented in an incidence plane P '1, substantially parallel to P 1; - after the third crossing of the interface 1 6-2, the signal then undergoes a reflection on an elementary zone 1 2 of the external face 3 of the plate 1, a crossing of the interface 2-1 6, and leaves block 9 by the output face 1 7 before being deflected using the optical reference R2 and the lens L2 towards the receiving cell 5.
  • a heating element 8 disposed on the upper face 14 of the optic block to eliminate any fogging that may form. Due to the compactness of the optic unit, the fogging disappears quickly and the heating time is reduced accordingly.
  • the inlet 6 ′ and outlet 1 7 ′ faces are arranged on the front face 1 8 ′ of the optical unit 9 ′.
  • the inlet faces 6 'and outlet 1 7' are cut in the front face 1 8 'and are limited by a pentagon.
  • the other elements correspond to those described with reference to FIG. 1 a: the emission 4 and detection 5, optical coupling 7 means, the rear faces 1 5 ′, bottom 16 ′, upper 14 ′ and lateral F 1 and F2, the optical deflection means L1 and L2, and the heating element 8 '.
  • the signal S follows an optical path initially oriented to carry out an even number of reflections on the external face of the plate 1, four reflections 1 0 ′, 1 1 ′, 12 ′, and 1 3 in the embodiment example, with six references in the optical unit 9 'between the emitting diode 4 and the photoreceptor cell 5, on the rear faces 1 5', upper 14 'and before 1 8'.
  • the initial plane of incidence Q 1 of the signal S in the optical unit makes an angle ⁇ of approximately 10 ° with a normal N'N on the front or rear faces, 18 or
  • the path of the optical signal S then follows the round trip twice between the front 1 8 'and rear 1 5' of the block 9 ', each time reflecting on the external face of the plate, and total reflections on the rear, upper and front faces, following directions parallel to the planes Q 1 and Q2, the plane Q2 being that of the exit direction.
  • the signal S is finally received by the photoreceptor cell 5 in a reception direction D2 of the plane Q2 forming with the plate 1 an angle substantially equal to that of the incident direction.
  • the distance between the lateral faces F1 and F2 can be reduced, as illustrated in FIG. 3, by reducing the front face 1 8 "of the block 9" to the minimum, with an edge common to the faces d 'inlet 6' and outlet 1 7 '.
  • the signal path S undergoes two reflections, at 1 0 "and 1 1", on the plate 1 and two references, on the rear face 1 5 "and on the upper face 14".
  • the heating element 8 is also of reduced surface.
  • the entry and exit faces may be formed from several spherical or aspherical surfaces according to the desired angle of incidence and exit, associated with one or more transmitters and receivers.
  • the lenses are Fresnel lenses, which can be associated with optical references.
  • an aspherical lens and a Fresnel lens can serve as optical input and / or output means. Spherical lenses of revolution can also be used.
  • the faces of the optical block are covered with a material which is absorbent for the light signal.
  • the total reflection faces can also be coated with a layer of reflective material for the light signal, or can be coated with a metalliq ue layer, for example by aluminization.
  • an interference filter tuned to the spectral band of the signal is disposed between the output face and the signal receiving means. To achieve the same goal, it is also possible to color in the mass with a dye tuned on the spectral band of the emission means.
  • the transmitter and the receiver, as well as the heating resistor can be placed on the same support, which in particular facilitates their connection to common electronic processing circuits necessary for their operation.
  • These electronic circuits can thus easily be produced on a processing unit formed on a printed circuit board of reduced dimensions.
  • Such a unit provides amplitude modulation for the signal from the emitting diode and detection synchronous signal received by the photodetector cell.
  • front and rear deflection faces can be inclined to direct the signal back to the plate without reflecting on the upper face.

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Abstract

L'invention propose un détecteur de salissures sur la surface (3) d'une plaque transparente (1). Ce détecteur, agencé sur la face interne (2) de la plaque (1), comporte des moyens émetteurs (4) d'un signal lumineux modulé (S) en direction de l'intérieur de la plaque (1) et des moyens récepteurs (5) de ce signal, après avoir été réfléchi sur la face externe (3) de la plaque (1). Un bloc optique (9), constitué en matériau d'indice sensiblement supérieur à (1), est disposé sur la face interne (2) de la plaque (1). Il est composé d'au moins trois faces de renvoi du signal lumineux (14, 15, 18) et d'une interface (16) avec la face interne (2) de la plaque (1) à travers des moyens de couplage optique (7). Des moyens de déviation (L1, L2, R1, R2) du signal (S) orientent le signal (S) des moyens d'émission (4) vers la plaque (1) et du bloc (9) vers des moyens de réception (5). Au moins deux réflexions (10 à 12), sur la face externe (3) de la plaque (1) sont réalisées à travers les moyens de couplage optique (7) sans réflexion sur la face interne (2) de cette plaque (1).

Description

Détecteu r de salissures sur la surface d'une plaque transparente
L'invention concerne un dispositif de détection de salissures sur la surface d'une plaq ue transparente au rayonnement visible, en particulier de vitre de véhicule automobile.
L'invention se rapporte plus particulièrement à un détecteur de salissures , par exemple de liq uide, sur la surface d'une plaque transparente q ui présente deux faces opposées sensiblement parallèles, une face interne et une face externe, définissant un volume intérieur.
Dans ce type de détecteur, un émetteur est agencé sur la face interne de la plaq ue et émet un sig nal de lumière modulée en d irection de l'intérieur de la plaq ue de telle sorte q ue le sig nal pénètre dans la plaq ue. Lorsque le signal frappe l'une des faces de la plaq ue, le signal est réfléchi vers l'intérieur de la plaq ue si cette face est au contact de l'air ou altéré -c'est-à-dire réfracté, focalisé, absorbé, diffusé, etc.- dans le cas où la face est au contact de salissures à détecter. On entend par salissures tout dépôt ayant une composante aq ueuse, tel q ue pluie, neige, givre, boue, etc. Ce type de dispositif comporte également un récepteur agencé sur une zone cible d'une face de la plaq ue de telle sorte q ue le signal qui se déplace dans la plaque, lorsqu'il frappe la zone cible, est réfléchi et est reçu par le récepteur.
De tels dispositifs de détection permettent par exemple de commander le déclenchement des essuie-glace du véhicule lorsque des gouttes d'eau apparaissent sur le pare-brise.
En fonction du matériau du pare-brise et de la long ueur d'onde du signal électromagnétique, l'angle d'incidence du signal lumineux modulé est choisi de telle manière q ue le rayon soit réfléchi en direction de la face interne d u pare-brise si la face externe est en contact avec de l'air au niveau de la zone d'impact du signal et de manière à ce que le rayon soit au moins partiellement réfracté vers l'extérieur si de l'eau ou une salissure recouvre la zone d'impact de la face externe.
Si le rayon est réfléchi, il sera amené à poursuivre son chemin à l'intérieur d u pare-brise, dans l'épaisseur du verre, de manière à être réfléchi plusieurs fois par les faces interne et externe de celui-ci . En un endroit de la face interne q ui est sur la trajectoire d u signal, on a disposé des moyens de couplage optiq ues dont l'indice de réfraction est tel que le signal est réfracté au travers de la face interne du pare-brise pour être transmis à un récepteur adapté.
De la sorte, si le récepteur capte un signal supérieur à un seuil déterminé, aucune salissure au niveau des zones d'impact du signal contre la face externe du pare-brise n'est détectée. Au contraire, si le récepteur ne reçoit plus de signal (par exemple du fait d'une absorption , diffusion ou réfraction), ou s'il reçoit un signal de niveau sensiblement supérieur (par exemple du fait d'une focalisation), la présence de salissures, par exemple des gouttes d 'eau , sont présentes sur la face extérieure du pare-brise.
On s'est toutefois aperçu q ue dans un tel ensemble le sig nal reçu par le récepteur était peu élevé. Pour augmenter le niveau de la détection, en particulier de la détection de fines gouttelettes en nombre restreint, le nombre de réflexions d u signal sur la face externe de la plaq ue a été multiplié en détectant la lumière modulée après avoir été réfléchie plusieurs fois et alternativement sur la face externe et sur la face interne de la plaq ue.
Cette méthode a pour inconvénients d'être particulièrement sensible aux dépôts de buée sur la face interne de la plaq ue, d'imposer un positionnement relatif précis des parties émetteur et récepteur, et d'être sensible aux variations et imperfections d'épaisseur de la plaq ue. L'invention vise à éliminer ces inconvénients en proposant un détecteur q ui soit à la fois compact et susceptible de fournir un nombre adapté de réflexions sur la face à surveiller, en exploitant le principe de la réflexion totale.
Plus précisément, l'invention a pour objet un détecteur de salissures sur la surface d'une plaq ue transparente q ui présente deux faces opposées sensiblement parallèles , une face interne et une face externe. Un tel détecteur, agencé sur la face interne de la plaque, comporte des moyens émetteurs d 'un signal lumineux modulé en direction de l'intérieur de la plaque, des moyens récepteurs de ce signal après avoir été réfléchi sur la face externe de la plaq ue, et un bloc optique constitué en matériau d'indice sensiblement supérieur à 1 et transparent au rayonnement du signal lumineux modulé. Le bloc optiq ue est disposé sur la face interne de la plaque et composé d'au moins deux faces de renvoi du signal lumineux, pour former une trajectoire comprise entre les moyens d'émission et les moyens de réception , et d'une interface de fond avec la face interne de la plaque à travers des moyens de couplage optique. Sont également prévus : des moyens de déviation du signal à partir des moyens d'émission , pour que ce signal se réfléchisse une première fois sur la face externe de la plaque selon une direction comprise dans un plan d'incidence initial , et des moyens de déviation d u signal vers les moyens de réception ; les faces de renvoi orientent alors successivement le signal vers la face externe dans au moins un plan d'incidence sensiblement non parallèle au plan d'incidence initial pour que la trajectoire du signal lumineux entre les moyens d 'émission et de réception réalise au moins deux réflexions sur la face externe de la plaque à travers les moyens de couplage optique sans réflexion sur la face interne de cette plaque.
Ainsi , la trajectoire du signal , entre les moyens d'émission et de réflexion, est confinée sensiblement dans le bloc optique et dans le volume de plaq ue situé en regard du bloc.
Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention : le bloc optiq ue est découpé globalement selon un parallélépipède rectangle ayant principalement une face avant, une face supérieure, une face arrière, deux faces latérales et une face de fond d'interface avec la plaque ;
- les faces de renvoi sont constituées par la face arrière, la face supérieure et la face avant, ou par la face avant et la face arrière, ces deux faces étant inclinées pour effectuer un renvoi du sig nal vers la plaque ; - le signal lumineux pénètre dans le bloc optiq ue après déviation par une face d'entrée située en face avant du bloc optiq ue, et sort du bloc optiq ue avant déviation sur les moyens récepteurs par une face de sortie située en face avant lorsque le nombre de réflexions sur la face externe de la plaque est pair, et en face arrière lorsque ce nombre de réflexions est impair ; - les faces d'entrée et de sortie d u bloc forment des lentilles, qui peuvent être couplées à un renvoi optiq ue pour constituer les moyens de déviation ;
- l'une au moins des lentilles est une lentille convexe comportant au moins une surface aspheriq ue ou sphériq ue, ou est une lentille de
Fresnel, les lentilles pouvant faire partie intégrante du bloc optique ;
- les moyens de couplage optique sont formés par une couche souple de matériau transparent au sig nal lumineux, par exemple en silicone, la couche étant compressée entre la face de fond du bloc optique et la face interne de la plaq ue ;
- il est prévu un filtre interférentiel entre la face de sortie et les moyens de réception accordé sur la bande spectrale du signal pour éliminer la lumière parasite ;
- le bloc optiq ue et les moyens de couplage optiq ue sont colorés dans la masse pour éliminer la lumière parasite ;
- un élément chauffant est disposé à proximité ou contre l'une des faces du bloc optiq ue pour éliminer la buée ; grâce à la compacité du détecteur la buée est éliminée de manière efficace et rapide ;
- les moyens émetteurs peuvent être constitués par une diode électroluminescente ou par une photodiode, et les moyens récepteurs par une cellule photodétectrice au silicium , la d iode emettrice et la cellule réceptrice pouvant être d isposées à proximité l'une de l'autre ;
- les moyens émetteurs et récepteurs sont raccordés à une unité de traitement formé sur une carte à circuit imprimé pour fournir une modulation en amplitude pour le signal de la d iode emettrice et une détection synchrone du signal reçu par la cellule photodétectrice ;
- les faces de renvoi subissent un traitement réfléchissant le signal lumineux, par exemple une aluminisation , ou sont revêtues d'une couche de matériau réfléchissant le signal lumineux ; - les faces d u bloc optiq ue, autres q ue les faces de renvoi et d'interface, sont recouvertes d'un matériau absorbant le signal lumineux.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation qui suit, donnée en référence aux figures annexées qui représentent respectivement : - les figures 1 a et 1 b, une vue schématiq ue en perspective et de dessus d'un exemple de détecteur conforme aux enseignements de l'invention ;
- les figures 2a et 2b, une vue schématique en perspective d'un autre exemple de réalisation du détecteur selon l'invention; et
- la figure 3, une vue schématique en perspective d'une variante de bloc optiq ue du détecteur selon la figure 2.
On a illustré sur la figure 1 a une plaque 1 de matériau transparent qui comporte deux faces opposées interne 2 et externe 3 sensiblement parallèles. Dans l'exemple de réalisation illustré, la plaque 1 est sensiblement plane, mais l'invention peut s'appliq uer dans le cas d'une plaq ue présentant des formes courbes , comme cela est par exemple le cas pour les vitres de véhicule automobile, et notamment pour les pare-brise. Selon l'invention, la plaq ue 1 porte un détecteur de salissures composé d'un bloc optiq ue 9, disposé du côté de la face interne 2 de la plaque 1 , et qui est destiné à détecter la présence de salissures, par exemple de gouttes d'eau , sur la face externe 3 de celle-ci . Le bloc optique selon cet exemple de réalisation non limitatif possède un axe central de symétrie X'X.
Le détecteur comporte également un émetteur 4 et un récepteur 5. L'émetteu r est une diode électroluminescente q ui émet un signal lumineux S en lumière modulée, proche infrarouge dans l'exemple de réalisation , mais q ui pourrait être en lumière visible dans d 'autres exemples. Le récepteur est une cellule au silicium.
Le signal lumineux est émis en d irection du bloc optiq ue 9 q ui est réalisé sous la forme d'un corps en matériau plastique transparent pour le signal lumineux utilisé, par exemple en PMMA (polymétacrylate de méthyle) d'indice moyen égal à 1 ,48 de forme globalement parallelepipediq ue rectangle, et de dimensions environ égales à 25 X 25 X 5 mm3. Le bloc peut être réalisé en un autre matériau plastique (poly carbonate, polyéthylène, etc. ) ou en verre.
Ce bloc présente des faces de découpe planes dédiées, à savoir : - une face avant 18 et une face arrière 15, dans lesquelles sont taillées respectivement des faces inclinées d'entrée 6 et de sortie 17 du signal lumineux S ; ces faces d'entrée et de sortie sont taillées pour former, par rapport à l'axe X'X normal à la plaque 1, un angle sensiblement égal à 45°,
- une face supérieure 14 et une face de fond 16 d'interface avec la plaque 1 par l'intermédiaire d'une couche de silicone 7 ;
- deux faces latérales F1 et F2, qui complètent la découpe du bloc. Entre la face de fond 16 du bloc et la face interne 2 de la plaque
1, la couche de silicone 7, découpée selon le périmètre de la face de fond 16, assure une continuité optique du parcours du signal lumineux en réalisant une réfraction totale à l'interface 16-2 ou 2-16 - c'est-à-dire respectivement : face de fond 16 sur face interne 2, ou face interne 2 sur face de fond 16 - quelque soit le sens de parcours du signal S. La couche de silicone forme un moyen de couplage optique adéquat du fait que son indice de réfraction est proche de celui du bloc 9 et de celui de la plaque 1 : les possibilités de réflexion du signal sont ainsi considérablement réduites lorsque le signal franchit l'interface 16-2 ou 2-16.
La réflexion du signal sur les faces de renvoi est dite de réflexion totale dans la mesure où l'angle d'incidence sur ces faces, conditionné par la valeur initiale de l'angle de pénétration dans le bloc après déviation, reste supérieur à l'angle limite de réfraction. Accolées respectivement sur les faces d'entrée et de sortie, 6 et
17, des renvois optiques R1 et R2 couplés à des lentilles de déviation L1 et L2 permettent d'orienter le signal S dans le bloc optique à partir de la diode d'émission 4 et vers le cellule réceptrice 5 au sortir du bloc. Les lentilles L1 ou L2 forment des surfaces asphériques de révolution. Les lentilles peuvent être collées sur les faces d'entrée et de sortie du bloc ou sur les renvois optiques, ou faire partie intégrante du bloc optique par moulage de l'ensemble bloc, renvois et lentilles.
Le signal S suit un trajet optique orienté pour réaliser un nombre impair de réflexions sur la face externe de la plaque 1, trois réflexions 10, 11 et 12, dans l'exemple de réalisation, avec quatre renvois dans le bloc optique 9 entre la diode emettrice 4 et la cellule photoréceptrice 5, soit sur les faces arrière 1 5, supérieure 14 et avant 1 8.
Après déviation par les moyens optiques L 1 et R1 , le signal S s'oriente selon une direction D 1 formant un angle environ égal à 45° avec la normale X'X, cette direction étant comprise dans un plan d'incidence initial P1 perpendiculaire à la plaque 1 .
La trace du plan P 1 est visible sur la vue dessus illustrée à la figure 1 b. Par rapport à une normale N'N aux faces d'entrée et de sortie, 1 8 et 1 5, le plan P1 forme un angle θ adapté, environ égal 1 3° pour réaliser le nombre voulu de réflexions sur la face externe de la plaque et de renvois dans le bloc optique, respectivement trois et q uatre dans l'exemple de réalisation entre les moyens d'émission et de réception . Le signal S suit alors le trajet optiq ue suivant : - après la traversée de l'interface 16-2 et une première réflexion sur la face externe 3 de la plaque 1 , en une zone élémentaire référencée 1 0, suivie d'une traversée de l'interface 2-1 6, il est renvoyé par les faces arrière 1 5 et supérieure 14, pour être orienté, vers la face externe (3) dans un plan d'incidence P2, formant un ang le sensiblement égal à 2Θ avec le plan d 'incidence initial P 1 ; - après la deuxième traversée de l'interface 1 6-2 et réflexion sur la face externe 3 en une zone élémentaire 1 1 , et retraversée de l'interface 2-1 6 , il subit successivement deux renvois sur la face supérieure 14 et sur la face avant 1 8 et est réorienté dans un plan d'incidence P' 1 , sensiblement parallèle à P 1 ; - après la troisième traversée de l'interface 1 6-2, le signal subit alors une réflexion sur une zone élémentaire 1 2 de la face externe 3 de la plaq ue 1 , une traversée de l'interface 2-1 6 , et sort du bloc 9 par la face de sortie 1 7 avant d'être dévié à l'aide du renvoi optiq ue R2 et la lentille L2 vers la cellule de réception 5. Les moyens de déviation permettent d'orienter le signal S de façon à disposer aisément les moyens d'émission et de réception sur un même support à l'aide de moyens connus.
Il est également prévu un élément chauffant 8 disposé sur la face supérieure 14 du bloc optiq ue pour éliminer la buée pouvant se former. Du fait de la compacité du bloc optiq ue, la buée d isparaît alors rapidement et la durée de chauffage est réduite d'autant.
Dans un autre exemple de réalisation illustré à la figure 2a, les faces d'entrée 6' et de sortie 1 7' sont disposées sur la face avant 1 8' du bloc optique 9'. Les faces d'entrée 6' et de sortie 1 7' sont taillées dans la face avant 1 8' et sont limitées par un pentagone. Les autres éléments correspondent à ceux décrits en référence à la fig ure 1 a : les moyens d'émission 4 et de détection 5, de couplage optique 7, les faces arrière 1 5', de fond 16', supérieure 14' et latérales F 1 et F2, les moyens de déviation optique L1 et L2, et l'élément de chauffage 8'.
Le signal S suit un trajet optiq ue orienté initialement pour réaliser un nombre pair de réflexions sur la face externe de la plaq ue 1 , quatre réflexions 1 0' , 1 1 ' , 12' , et 1 3 dans l'exemple de réalisation , avec six renvois dans le bloc optique 9' entre la d iode emettrice 4 et la cellule photoréceptrice 5, sur les faces arrière 1 5', supérieure 14' et avant 1 8'.
Comme visible sur la vue de dessus de la figure 2b, le plan d'incidence initial Q 1 du signal S dans le bloc optique, fait un angle θ d'environ 10° avec une normale N'N aux faces avant ou arrière, 18 ou
1 5, afin d'obtenir le nombre voulu de réflexions sur la face externe de la plaque et de renvois dans le bloc optique, respectivement quatre et six dans l'exemple de réalisation , entre la diode emettrice et la cellule réceptrice.
Le parcours du signal optique S suit alors deux fois l'aller - retour entre les faces avant 1 8' et arrière 1 5' d u bloc 9' , en réalisant à chaq ue fois une réflexion sur la face externe de la plaque, et des réflexions totales sur les faces arrière, supérieure et avant, en suivant des d irections parallèles aux plans Q 1 et Q2, le plan Q2 étant celui de la direction de sortie.
Le signal S est finalement reçu par la cellule photoréceptrice 5 selon une direction de réception D2 du plan Q2 formant avec la plaque 1 un angle sensiblement égal à celui de la direction incidente.
Pour obtenir un bloc encore plus compact, la distance entre les faces latérales F1 et F2 peut être réduite, comme illustré sur la figure 3, en réduisant la face avant 1 8" du bloc 9" au minimum, avec une arête commune aux faces d'entrée 6' et de sortie 1 7'. Dans ces conditions, le trajet du signal S subit deux réflexions, en 1 0" et 1 1 ", sur la plaque 1 et deux renvois, sur la face arrière 1 5" et sur la face supérieure 14". L'élément de chauffage 8" est également de surface réduite.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Par exemple, les faces d'entrée et de sortie peuvent être formées de plusieurs surfaces sphériq ues ou asphériq ues suivant l'angle d'incidence et de sortie désiré, associées à un ou plusieurs émetteurs et récepteurs. Dans un autre exemple, les lentilles sont des lentilles de Fresnel, pouvant être associées à des renvois optiq ues. Dans d'autres exemples, une lentille aspheriq ue et une lentille de Fresnel peuvent servir de moyens optiq ues d'entrée et/ou de sortie. Des lentilles sphériques de révolution peuvent aussi être utilisées.
Afin d'éliminer toute réfraction parasite, les faces du bloc optiq ue, autres q ue les faces de réflexion totale et l'interface de fond , sont recouvertes d'un matériau q ui est absorbant pour le signal lumineux. De plus, pour parfaire le rendement optiq ue, les faces à réflexion totale peuvent également être revêtues d'une couche de matériau réfléchissant pour le signal lumineux, ou peuvent être revêtues d'une couche métalliq ue, par exemple par aluminisation . En outre, afin d'éliminer la lumière la lumière parasite provenant d 'autres sources de lumière pouvant éclairer le bloc, par exemple le rayonnement solaire, q ui peuvent perturber la réception du signal , un filtre interférentiel accordé sur la bande spectrale du signal est disposé entre la face de sortie et les moyens de réception du signal . Pour atteindre le même but, il est également possible de colorer dans la masse avec un colorant accordé sur la bande spectrale des moyens d'émission.
Par ailleurs, grâce aux moyens de déviation optique , on peut disposer l'émetteur et le récepteur, ainsi q ue la résistante chauffante, sur un même support, ce qui facilite notamment leur raccordement à des circuits électroniques communs de traitement nécessaire à leur fonctionnement. Ces circuits électroniq ues peuvent ainsi facilement être réalisés sur une unité de traitement formé sur une carte à circuit imprimé de dimensions réduites. Une telle unité fournit une modulation en amplitude pour le signal de la diode emettrice et une détection synchrone du signal reçu par la cellule photodétectrice. Par ailleurs, il est possible d'échanger émetteur et récepteur du fait du caractère réversible du parcours lumineux.
De plus, les faces de renvoi avant et arrière peuvent être inclinées pour effectuer un renvoi direct du signal vers la plaque sans réflexion sur la face supérieure.

Claims

REVENDICATIONS
1. Détecteur de salissures sur la surface d'une plaque (1) transparente qui présente deux faces opposées sensiblement parallèles, une face interne (2) et une face externe (3), un tel détecteur, agencé sur la face interne (2) de la plaque (1), comportant des moyens émetteurs (4) d'un signal lumineux modulé (S) en direction de l'intérieur de la plaque (1) et des moyens récepteurs (5) de ce signal après avoir été réfléchi sur la face externe (3) de la plaque, caractérisé en ce qu'il comporte également un bloc optique (9) constitué en matériau d'indice sensiblement supérieur à 1, transparent au rayonnement du signal lumineux modulé, disposé sur la face interne (2) de la plaque (1) et composé d'au moins deux faces de renvoi (14, 15, 18 ; 14', 15', 18' ; 14", 15") du signal lumineux (S) pour former une trajectoire comprise entre les moyens d'émission (4) et les moyens de réception (5), et d'une interface de fond (16, 16') avec la face interne (2) de la plaque (1) à travers des moyens de couplage optique (7), et en ce qu'il est prévu des moyens de déviation (L1, R1) du signal à partir des moyens d'émission (4), pour que ce signal se réfléchisse une première fois (10,10', 10") sur la face externe (3) de la plaque (1) selon une direction (D1) comprise dans un plan d'incidence initial (P1, Q1) et des moyens de déviation (L2, R2) du signal (S) vers les moyens de réception (5), les faces de renvoi (14, 15, 18 ; 14', 15', 18' ; 14", 15") orientant alors successivement le signal vers la face externe (3) dans au moins un plan d'incidence (P2, Q2) sensiblement non parallèle au plan d'incidence initial (P1, Q1) pour que la trajectoire du signal lumineux (S) entre les moyens d'émission (4) et de réception (5) réalise au moins deux réflexions sur la face externe (3) de la plaque (1) à travers les moyens de couplage optique (7) sans réflexion sur la face interne (2) de cette plaque (1).
2. Détecteur de salissures selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc optique (9) est découpé globalement selon un parallélépipède rectangle ayant principalement une face avant (18, 18'), une face supérieure (14, 14', 14"), une face arrière (15, 15', 15"), deux faces latérales (F1, F2) et une face de fond (16, 16') d'interface avec la plaque (1).
3. Détecteur de salissures selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les faces de renvoi sont constituées par la face arrière (15, 15'), la face supérieure (14, 14') et la face avant (18, 18').
4. Détecteur de salissures selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les faces de renvoi sont constituées par la face avant et la face arrière, ces deux faces étant inclinées pour effectuer un renvoi direct du signal (S) vers la plaque (1).
5. Détecteur de salissures selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal lumineux (S) pénètre dans le bloc optique (9) par une face d'entrée (6, 6') située en face avant (18, 18') du bloc optique (9), et sort du bloc optique par une face de sortie (17, 17') située en face avant (18', 18") lorsque le nombre de réflexions sur la face externe (3) de la plaque (1) est pair et en face arrière (15) lorsque le nombre de réflexions est impair.
6. Détecteur de salissures selon la revendication 5, caractérisé en ce que les faces d'entrée et de sortie du bloc forment des lentilles (L1, L2).
7. Détecteur de salissures selon la revendication 6, caractérisé en ce que les lentilles (L1, L2) sont couplées à un renvoi optique (R1, R2) pour constituer les moyens de déviation.
8. Détecteur de salissures selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'une au moins des lentilles (L1, L2) est une lentille convexe comportant au moins une surface aspherique.
9. Détecteur de salissures selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'une au moins des lentilles (L1, L2) est une lentille convexe comportant au moins une surface sphérique.
10. Détecteur de salissures selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'une au moins des lentilles (L1, L2) est une lentille de
Fresnel.
11. Détecteur de salissures selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les lentilles (L1, L2) font partie intégrante du bloc optique (9).
12. Détecteur de salissures selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de couplage optique (7) sont formés par une couche souple de matériau transparent au signal lumineux, la couche étant compressée entre la face de fond ( 1 6) du bloc optiq ue et la face interne (2) de la plaq ue ( 1 ).
1 3. Détecteur de salissures selon l'une q uelconq ue des revendications précédentes, caractérisé en ce q ue les moyens de couplage optique (7) sont en silicone.
14. Détecteur de salissures selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, caractérisé en ce qu'il est prévu entre la face de sortie (1 7, 1 7') et les moyens de réception (5) un filtre interférentiel accordé sur la bande spectrale du signal (S) pour éliminer la lumière parasite.
1 5. Détecteur de salissures selon l'une q uelconq ue des revendications précédentes, caractérisé en ce q ue le bloc optiq ue (9) et les moyens de couplage optiq ue (7) sont colorés dans la masse pour éliminer la lumière parasite.
16. Détecteur de salissures selon l'une q uelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un élément chauffant (8, 8', 8") est disposé à proximité ou contre l'une des faces (14 , 14', 14") du bloc optiq ue (9,9', 9") pour éliminer la buée.
1 7. Détecteur de salissures selon l'une q uelconq ue des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens émetteurs (4) et les moyens récepteurs (5) sont disposés à proximité les uns des autres.
18. Détecteur de salissures selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens émetteurs (4) et récepteurs (5) sont raccordés à une unité de traitement formé sur une carte à circuit imprimé pour fournir une modulation en amplitude pour le signal de la diode emettrice et une détection synchrone du signal reçu par la cellule photodétectrice.
1 9. Détecteur de salissures selon l'une q uelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces de renvoi ( 14, 1 5, 1 8 ; 14', 1 5', 1 8' ; 14", 1 5") subissent un traitement réfléchissant le signal lumineux (S).
20. Détecteur de salissures selon la revendication 17, caractérisé en ce que les faces de renvoi subissent une aluminisation.
21. Détecteur de salissures selon la revendication 17, caractérisé en ce que les faces de renvoi sont revêtues d'une couche de matériau réfléchissant le signal lumineux (S).
22. Détecteur de salissures selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces du bloc optique, autres que les faces de renvoi (14, 15, 18 ; 14', 15', 18' ; 14", 15") et d'interface (16, 16'), sont recouvertes d'un matériau absorbant le signal lumineux (S).
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