FR2935487A1 - Dispositif pour determiner l'entree d'un rayonnement electromagnetique - Google Patents

Abstract

Dispositif pour déterminer l'entrée d'un rayonnement électromagnétique (15) comportant une lentille optique (10) ayant un corps de base pratiquement cylindrique dont la face frontale a une surface d'incidence (16) et l'extrémité opposée à la surface d'incidence (16) comporte une surface de sortie de rayonnement (11) . Une surface absorbante (12) est prévue à l'extrémité du corps de base à l'opposé de la surface d'incidence (16).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif pour déterminer l'entrée d'un rayonnement électromagnétique, comportant une lentille optique ayant un corps de base pratiquement cylindrique dont la face frontale a une surface d'incidence et dont l'extrémité opposée à la surface d'incidence comporte une surface de sortie de rayonnement. Etat de la technique Selon l'état de la technique, par exemple selon le document DE 10 2004 055 060 Al, on connaît des installations de capteurs permettant de détecter le rayonnement lumineux par exemple l'éclairage solaire. Les installations de capteurs connues ont un corps formant un guide de lumière pour guider la lumière vers un détecteur. De telles installations de capteurs servent à commander les installations d'éclairage d'un véhicule automobile pour activer ces installations lorsque la luminosité ambiante diminue. La diminution de la luminosité ambiante peut être occasionnée par exemple par le passage dans un tunnel ou par la tombée de la nuit. Les installations de capteurs, connues, permettent également de commander différentes autres installations du véhicule telles que par exemple des installations d'essuie-glace ou des installations de climatisation. Les installations de capteurs, connues ont en commun d'avoir un corps guide d'onde de forme cylindrique dont la longueur, le diamètre et l'indice de réfraction sont dimensionnés pour guider le rayonnement lumineux incident par réflexion totale. A la sortie du corps du guide de lumière, on peut avoir une lentille de focalisation pour guider le rayonnement traversant le corps du guide de lumière sur un détecteur plus petit et ainsi plus économique qui fournit alors un signal électrique. L'inconvénient de ces capteurs de lumière ou photocapteurs connus est toutefois d'avoir une grande acceptance angulaire, c'est-à-dire que ces capteurs détectent le rayonnement électromagnétique tombant sur le capteur pratiquement selon n'importe quel angle d'incidence. Mais pour certaines applications, il s'est

2 toutefois avéré avantageux de ne détecter le rayonnement incident que pour certaines directions prédéfinies et d'éliminer le rayonnement incident arrivant d'autres directions. But de l'invention La présente invention a ainsi pour but de développer un capteur de rayonnement électromagnétique présentant une acceptance angulaire prédéfinie. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour déterminer l'apport du rayonnement électromagnétique du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'une surface absorbante est prévue à l'extrémité du corps de base, à l'opposé de la surface d'incidence. L'invention permet ainsi de discriminer le rayonnement électromagnétique arrivant dans le corps cylindrique du guide de lumière sous des angles déterminés, si la surface de sortie de rayonnement prévue sur le corps du guide de lumière à son extrémité opposée, n'occupe pas toute la surface frontale du corps du guide de lumière. Au-delà des zones de surfaces occupées par la surface de sortie de rayonnement, on aura, selon l'invention, des surfaces au moins, en partie, absorbantes qui absorbent le rayonnement électromagnétique incident et l'éliminent ainsi du détecteur proprement dit qui transforme la lumière en un signal électrique. De manière particulièrement avantageuse, la surface absorbante est inclinée suivant un angle de l'ordre de 25° jusqu'à environ 65° par rapport à la surface d'incidence de sorte que la surface absorbante reçoit la lumière incidente arrivant pratiquement perpendiculairement sur la surface absorbante, si bien que seule une faible partie de cette lumière sera réfléchie. La dimension et la forme de la surface absorbante peuvent se déterminer par un procédé utilisant le tracé des rayons lumineux pour obtenir ainsi la relation angulaire souhaitée pour le comportement de détection. On peut par exemple discriminer le rayonnement selon la surface d'incidence qui sera atteinte par l'avant ou par l'arrière. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, on peut discriminer le rayonnement en ce que la surface d'incidence du

3 capteur est atteinte par le côté. Le cas échéant, on peut également discriminer toutes les directions qui se situent en dehors d'une plage angulaire dirigée vers l'avant. La surface absorbante peut, le cas échéant, être plane ou courbe. Dans certains modes de réalisation de l'invention, on peut également prévoir plusieurs surfaces absorbantes qui ne sont pas jointives. Pour permettre une absorption efficace de la lumière arrivant sur la surface absorbante, on équipe cette surface pour absorber le rayonnement électromagnétique incident. Pour cela, on prévoit par exemple un revêtement absorbant ou encore on teinte le corps du guide de lumière au niveau des surfaces absorbantes. De manière particulièrement préférentielle, à l'extérieur du corps du guide de lumière, au moins dans la zone des surfaces absorbantes, on prévoit un écran par exemple en une matière plastique qui absorbe le rayonnement incident. La surface de sortie du rayonnement du corps de base peut avoir, dans certains modes de réalisation de l'invention, une courbure concave ou une courbure convexe. Cela permet, notamment, d'adapter l'acceptance angulaire de la surface de sortie de rayonnement au comportement de détection souhaité vis-à-vis de la lumière subissant une réflexion totale dans le corps de base. En outre, on peut utiliser la courbure pour réaliser une lentille sur la surface de sortie de rayonnement qui focalise alors la lumière traversant le corps de base sur un détecteur. Cela permet d'avoir une plus petite surface efficace pour le détecteur et/ou d'augmenter les tolérances d'installation du détecteur. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe d'un corps de base d'un photocapteur selon l'invention au niveau de la surface de sortie, - la figure 2 est une coupe longitudinale du photocapteur selon l'invention par un premier plan de coupe,

4 - la figure 3 est une coupe longitudinale d'un photocapteur selon l'invention par un second plan de coupe, et - les figures 4 et 5 montrent l'utilisation du capteur selon l'invention dans l'exemple d'un véhicule automobile.

Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre le côté de la lentille optique 10 à l'opposé de la surface d'incidence (surface d'entrée du rayonnement). La lentille optique 10 a une forme de base essentiellement cylindrique. La surface de sortie de rayonnement 11 se trouve sur l'axe de symétrie de la forme de base cylindrique; cette surface de sortie de rayonnement peut avoir une courbure concave ou convexe. La surface de sortie de rayonnement 11 peut être réalisée sous la forme d'une cavité dans la lentille optique 10. La lumière qui ne doit pas arriver en direction d'un détecteur en passant sur la surface de sortie de rayonnement 11, sera absorbée par les écrans 17 qui se trouvent derrière les surfaces absorbantes 12 et couvrent celles-ci selon la figure 1. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, on a représenté deux écrans 17a, 17b. Les écrans 17a, 17b sont formés pour réaliser une courbe caractéristique prédéfinie ou une relation angulaire prédéfinie pour le comportement de détection. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, les écrans 17a, 17b sont disposés de manière asymétrique sur la lentille optique 10. Il est à remarquer, que cette forme asymétrique, ne s'applique pas à tous les modes de réalisation de l'invention. La figure 1 montre en outre la position de deux coupes longitudinales par des plans parallèles perpendiculaires aux surfaces écrans 17a, 17b. La figure 2 montre une coupe longitudinale à travers la lentille optique 10, le long de la ligne de coupe A-A représentée à la figure 1. La figure 2 laisse apparaître la lentille optique 10 dont le corps de base est pratiquement cylindrique. La lentille optique 10 peut être réalisée par exemple en polyméthylméthacrylate ou en polycarbonate. De façon préférentielle, la lentille optique 10 a un diamètre de l'ordre de 5 mm jusqu'à environ 20 mm et une longueur de l'ordre de 5 mm à environ 15 mm. La lentille optique 10 a une surface d'incidence 16 généralement de forme circulaire. La surface d'incidence 16 est en 5 contact avec une vitre 14 telle que par exemple le pare-brise d'un véhicule automobile. Entre la surface d'incidence 16 et le pare-brise 14, on peut avoir une couche de colle qui d'une part, assure la fixation mécanique de la lentille optique 10 et d'autre part, réalise le couplage pour le rayonnement électromagnétique entre le pare-brise 14 et la lentille optique 10. La lentille 10 n'est pas nécessairement perpendiculaire au pare-brise 14. Suivant le cas, le spécialiste pourra également prévoir une disposition inclinée. La surface d'incidence 16 aura alors la forme d'une ellipse. La surface de sortie de rayonnement 11 est prévue à l'extrémité de la lentille optique 10 opposée à la surface d'incidence 16. Pour obtenir une caractéristique de transmission souhaitée pour la lumière traversant la surface de sortie 11, cette surface 11 a une forme courbe. Suivant le type de courbure, la surface de sortie de rayonnement 11 aura un effet de focalisation ou un effet de défocalisation. La surface de sortie de rayonnement peut être réalisée sous la forme d'une cavité comme le montre la figure 2. Cette cavité est réalisée dans le corps de base 10 de la lentille optique. Dans d'autres formes de réalisation de l'invention, la surface de sortie de rayonnement 11 sera en saillie par rapport au corps de base 10.

Au voisinage de la surface de sortie de rayonnement 11, se trouvent des surfaces absorbantes 12a,b. La figure 2 montre une première surface absorbante 12a et une seconde surface absorbante 12b. Les surfaces absorbantes sont inclinées en fonction de la courbe caractéristique souhaitée pour le dispositif, servant à déterminer l'apport du rayonnement électromagnétique incident, entre environ 25° et environ 65° par rapport à la surface d'incidence 16. Comme cela apparaît en liaison avec la figure 1, les surfaces absorbantes 12a, b de l'exemple de réalisation présenté sont planes. Ainsi, le corps de base 10 de forme cylindrique présente deux surfaces aplaties 12a, 12b.

6 Selon d'autres formes de réalisation de l'invention, la surface absorbante 12a,b aura une forme conique. Pour absorber le rayonnement électromagnétique tombant sur les surfaces absorbantes 12a,b, il est prévu un écran 17a,b. Comme les surfaces absorbantes 12a, 12b sont divisées par deux dans l'exemple de réalisation de la figure 2, on aura également un écran en deux parties comprenant une première partie d'écran 17a et une seconde partie d'écran 17b. Par convention et souci de simplification la référence 17 désigne ci-après l'une ou les deux références 17a, 17b. Il en est de même pour la référence 12 désignant 12a et/ou 12b. L'écran 17 peut être par exemple en matière plastique. La matière plastique peut être teintée pour absorber le rayonnement électromagnétique dans le corps de base arrivant sur la surface absorbante 12. En particulier, on peut teinter la matière plastique de l'écran 17 avec du noir de fumée.

Pour réduire la lumière réfléchie par l'écran 17, on peut également munir l'écran 17 et/ou la surface absorbante 12 d'un revêtement antiréfléchissant. L'écran 17 est prévu au moins en partie sur la surface absorbante 12. Le cas échéant, l'écran 17 peut couvrir au-delà au moins certaines parties de la surface enveloppe cylindrique du corps de base 10. Un détecteur 13 est disposé en regard de la surface de sortie de rayonnement 11. Ce détecteur transforme le rayonnement électromagnétique qu'il reçoit en un signal électrique. Le détecteur 13 peut comporter notamment une photodiode, un phototransistor ou une photorésistance. Dans la mesure où la surface active du photodétecteur 13 est plus grande que la tache de lumière générée par la surface de sortie de rayonnement 11 par le rayonnement électromagnétique 15, on peut compenser les tolérances de positionnement du montage du détecteur 13. Par convention et souci de simplification la référence 15 désigne l'une ou l'autre des références 15a, 15b, 15c. La figure 2 montre en outre à l'aide de trois exemples de réalisation, le chemin d'un rayon électromagnétique 15, incident. Dans l'exemple de la figure 2, un rayon lumineux 15a incident, venant de droite avec un angle très plat, est tout d'abord réfracté par le dioptre

7 entre l'air et la vitre 14 de plus forte densité optique. Comme l'indice de réfraction de la matière du corps de base 10 et celui de la vitre 14 sont voisins, le rayon lumineux continue ensuite pratiquement en ligne droite et arrive sur la surface absorbante 12b. Dans la mesure où la matière du corps de base 10 n'est pas teintée au niveau de la surface absorbante 12b, le rayon lumineux 15a peut traverser la surface absorbante 12b et être absorbé par la matière de l'écran 17b. L'absorption se fera évidemment aussi au moins en partie dans la surface absorbante 12b du corps de base 10 dans la mesure où la surface absorbante 12b a une certaine rugosité, une teinte ou un revêtement. De la même manière, un rayon lumineux 15b incident, arrivant de gauche suivant un angle plat, sera tout d'abord réfracté par le pare-brise 14. Le rayon lumineux 15b, réfracté continue pratiquement en ligne droite à travers le pare-brise 14 et le corps de base 10 pour arriver sur la surface absorbante 12a; celle-ci absorbe le rayon comme cela a déjà été décrit pour le rayon arrivant sur la surface absorbante 12b. Les surfaces absorbantes 12a et 12b assurent ainsi que la lumière incidente arrivant sous un angle plat comme par exemple les rayons 15a et 15b ne tombe pas sur le détecteur 13. Le rayon lumineux 15c incident avec un angle plus grand est en revanche réfléchi par réflexion totale par la surface enveloppe du cylindre du corps de base 10 pour arriver de cette manière sur la surface de sortie de rayonnement 11. Le rayon lumineux 15c traverse la surface de sortie 11 pour quitter la lentille optique 10 et arriver sur le détecteur 13 qui le détecte comme signal électrique. La figure 3 montre une autre coupe longitudinale du dispositif selon l'invention. Le plan de coupe donnant la figure 3 est sensiblement perpendiculaire au plan de coupe de la figure 2.

La figure 3 montre la lentille optique 10 ayant un corps de base pratiquement cylindrique. La figure 3 laisse apparaître le pare-brise 14 et le corps de base cylindrique 10 en contact avec le pare-brise par sa surface d'incidence 16. Dans le plan de coupe représenté à la figure 3, la lentille optique 10 ne présente pas de surfaces absorbantes 12. Seule la surface de sortie 11 installée symétriquement dans la

8 lentille optique 10 est prévue au niveau de la surface opposée à la surface d'incidence 16. La surface de sortie 11 est en face du détecteur 13. Comme il n'y a pas de surface absorbante 12, le dispositif qui détermine l'apport du rayonnement électromagnétique pour la lumière, arrivant dans le plan de coupe B-B sur le dispositif, aura un autre comportement de transmission pour la lumière qui arrive sur le dispositif suivant le plan de coupe A-A. Par exemple, l'angle d'incidence du rayon lumineux 15a représenté à la figure 3 correspond sensiblement à l'angle d'incidence du rayon lumineux 15a de la figure 2. Contrairement au rayon lumineux 15a de la figure 2, le rayon lumineux 15a de la figure 3 subira toutefois une réflexion totale au niveau du dioptre de la lentille optique 10 de forme cylindrique pour arriver de cette manière sur la surface de sortie de rayonnement 11. Le rayon lumineux 15a peut traverser la surface de sortie 11 pour sortir de la lentille optique 10 et arriver ainsi sur le détecteur 13. Le détecteur 13 convertit le rayon lumineux 15a en un signal électrique pour être détecté. En outre, l'angle d'incidence du rayon lumineux 15c de la figure 3 correspond sensiblement à l'angle d'incidence du rayon lumineux 15c de la figure 2. La figure 3 montre que ce rayon lumineux ,comme déjà décrit en relation avec la figure 2, subit une réflexion totale au niveau de la surface enveloppe du cylindre de la lentille optique 10 et tombe sur la surface de sortie 11. Ainsi, la lumière qui arrive sur le dispositif selon l'invention suivant l'angle du rayon lumineux 15c ne sera pas prise par les surfaces absorbantes 12 indépendamment de la direction du rayon et sera ainsi détectée par le détecteur. La figure 4 montre un exemple d'installation du dispositif représenté aux figures 1 à 3 dans un véhicule automobile 18. Le dispositif servant à déterminer l'apport de rayonnement électromagnétique se place derrière le pare-brise 14 du véhicule 18. Le montage est tel que les surfaces absorbantes 12a, 12b se trouvent en position pratiquement horizontale. Comme le montre la figure 4, un rayon lumineux 15b arrive sous un grand angle d'incidence sur le pare-brise 14 si la source

9 lumineuse, comme par exemple le soleil, se trouve dans la zone à l'avant du véhicule. Au contraire, un rayon lumineux 15a arrive sur le pare-brise 14 suivant un angle d'incidence plat lorsque la source lumineuse, comme par exemple le soleil, se trouve dans une zone derrière le véhicule. Comme cela apparaît à la figure 2, le dispositif selon l'invention permet de discriminer un certain angle d'incidence ou une certaine plage angulaire de façon que la lumière venant dans la direction 15a selon la figure 4 n'arrive pas sur le détecteur. Le rayonnement incident venant de l'avant ne sera pas absorbé par les surfaces absorbantes 12 mais conduit par la surface de sortie 11 sur le détecteur 13 qui détectera ce rayon. Selon la disposition des surfaces absorbantes 12 représentées aux figures 1 à 3, la lumière d'une source lumineuse qui se trouve en position basse à côté du véhicule sera détectée de manière garantie, car le rayonnement incident plat, qui ne vient que d'une zone au-dessus du véhicule 18 sera conduit vert la surface absorbante 12. La figure 5 montre un autre exemple d'application du dispositif selon l'invention. Là encore le dispositif est installé derrière le pare-brise 14 du véhicule 18. Dans l'exemple de la figure 5, le dispositif est toutefois tourné de 90° par rapport à la position de montage de la figure 4. Cette position de montage du dispositif selon l'invention permet de détecter de la lumière arrivant dans une plage angulaire prédéfinie suivant l'axe de symétrie du véhicule. Selon la réalisation des surfaces absorbantes 12a, 12b, cette plage angulaire cp sera symétrique ou asymétrique par rapport au rayon lumineux 15 tel que représenté. Le dispositif ne distingue pas si le rayon lumineux 15b vient d'une position devant le véhicule ou d'une position derrière le véhicule pour tomber sur le dispositif selon l'invention. Le rayon lumineux 15a représenté à titre d'exemple et arrivant suivant un angle d'incidence de la longueur de la plage cp du côté du véhicule sera dirigé par la lentille optique 10 sur la surface absorbante 12 de sorte qu'il ne tombera pas sur le détecteur 13. La

10 position de montage selon la figure 5 permet ainsi de discriminer la lumière provenant des zones latérales du véhicule. Il est évident que la disposition des surfaces absorbantes 12 selon les figures 1 à 3 ainsi que les positions de montage présentées aux figures 4 à 5 ne sont données qu'à titre d'exemple. Selon la plage de détection souhaitée, le spécialiste choisira la position de montage et la disposition appropriée des surfaces absorbantes 12 pour que seule la lumière provenant des directions souhaitées tombe sur le détecteur. L'invention peut être utilisée d'une manière particulièrement avantageuse en liaison avec une commande automatique d'éclairage du véhicule ou en liaison avec la commande automatique de l'installation de climatisation d'un véhicule. Par exemple, en mesurant le rayonnement incident venant de l'avant, on évite que l'installation d'éclairage du véhicule ne se mette en marche automatiquement pour le seul passage sous un pont dont l'ombre ne nécessite pas usuellement que l'éclairage soit activé. Le capteur selon l'invention est alors en mesure de détecter que la luminosité juste derrière le pont est suffisante. Selon un autre développement de l'invention, le capteur selon l'invention peut servir à diriger l'air frais généré par une installation de climatisation, de préférence sur le côté du rayonnement solaire incident le plus important et d'éviter ainsi un apport calorifique excessif à l'intérieur du véhicule. 15

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 °) Dispositif pour déterminer l'entrée d'un rayonnement électromagnétique (15), comportant une lentille optique (10) ayant un corps de base pratiquement cylindrique dont la face frontale a une surface d'incidence (16) et dont l'extrémité opposée à la surface d'incidence (16) comporte une surface de sortie de rayonnement (11), caractérisé en ce qu' une surface absorbante (12) est prévue à l'extrémité du corps de base, à l'opposé de la surface d'incidence (16). 2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface absorbante (12) est inclinée d'environ 25° jusqu'à environ 65° par rapport à la surface d'incidence (16). 3°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface absorbante (12) est pratiquement plane. 20 4°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface absorbante (12) est formée par la surface enveloppe d'un cône. 25 5°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de sortie de rayonnement (11) a une courbure concave ou convexe. 30 6°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins au niveau de la surface absorbante (12) le corps de base est couvert d'un écran (17) 35 12 7°) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'écran comporte une matière plastique teintée de noir. 8°) Utilisation d'un dispositif selon les revendications 1 à 7, pour commander l'éclairage d'un véhicule automobile (18) et/ou une installation de climatisation et/ou un dispositif d'essuie-glace. 15