FR2980586A1 - Dispositif et procede de determination de la distance a un objet - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de définition, à partir d'un premier signal périodique (PULSE), d'un deuxième signal de même période (ADAPT-1, ADAPT-2), comprenant les étapes suivantes : générer un troisième signal (SPAD1, SPAD2) présentant des événements détectables ; et synchroniser le deuxième signal à chaque événement.

Description

B10896 - 11-GR2-0003 1 DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION DE LA DISTANCE À UN OBJET Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de détermination de la distance à un objet. Plus pa rticulièrement, la présente invention concerne un dispositif permettant de déterminer avec une grande précision une distance à un objet, en tirant profit du déphasage d'un signal lumineux réfléchi sur l'objet. Exposé de l'art antérieur De nombreux dispositifs de détermination de la distance à des objets sont connus. Actuellement, l'un des procédés les plus utilisés est connu sous l'appellation "Temps de Vol" (de l'anglais Time of Flight). Ce procédé consiste à envoyer un signal lumineux en direction de l'objet et à mesurer le temps d'aller-retour de ce signal. Généralement, le calcul du temps d'aller-retour du signal est obtenu en mesurant le déphasage entre le signal issu de la source lumineuse et le signal réfléchi sur l'objet et détecté par un capteur lumineux. En connaissant ce déphasage et la vitesse de la lumière, on détermine la distance à l'objet.

La figure 1 illustre le principe général du procédé "Temps de Vol".

B10896 - 11-GR2-0003 2 En figure 1, un générateur 10 (PULSE) fournit un signal électrique périodique présentant par exemple une forme de créneaux. Ce signal alimente une source lumineuse 12. A titre d'exemple, la source lumineuse 12 peut être une diode 5 électroluminescente, ou tout dispositif d'éclairement connu, par exemple un laser. Le signal provenant de la source lumineuse 12 est transmis en direction d'un objet 16 et est réfléchi sur cet objet pour être détecté par un capteur lumineux 18, CAPT. Le signal sur le capteur 18, CAPT, est donc déphasé du signal 10 fourni par le générateur d'une durée proportionnelle à deux fois la distance à l'objet 16. Des moyens de calcul 20 ("DIFF") reçoivent les signaux générés par le générateur 10 et par le capteur 18 et calculent le déphasage entre ces signaux pour obtenir la distance à 15 l'objet 16. Les figures 2A à 2C sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement d'un circuit tel que celui de la figure 1. En figure 2A, est illustré un signal "PULSE" périodique susceptible d'être fourni par le générateur 10 de la figure 1. La figure 2B 20 illustre le signal reçu par le capteur 18, CAPT. Du fait des interactions avec le milieu extérieur et des composants qui constituent le capteur 18, le signal reçu par ce capteur présente dans cet exemple des variations en forme de charges et de décharges de condensateurs. Le signal sur le capteur 18 est 25 déphasé du signal issu du générateur 10 d'un retard D. Habituellement, le capteur 18 intègre un ou plusieurs éléments de photodétection permettant de détecter efficacement le signal reçu après réflexion sur l'objet 16. De tels éléments sont classiquement des photodiodes à transfert de charges 30 rapides. On peut également utiliser des diodes à avalanche déclenchée par un seul photon, plus connues sous l'acronyme "SPAD", de l'anglais Single Photon Avalanche Diode, ou encore sous l'appellation diode de type Geiger. La figure 2C illustre le signal (PULSEC) généré par le capteur 18, dans le cas où ce 35 capteur contient une telle diode SPAD.

B10896 - 11-GR2-0003 3 De telles diodes SPAD fonctionnent comme suit. A un instant initial, la diode est polarisée à une tension inférieure à la tension de claquage de celle-ci. La réception d'un photon dans la zone de jonction de la diode déclenche l'avalanche de la 5 diode, ce qui crée une impulsion électrique. La diode est ensuite polarisée de nouveau à une tension inférieure à la tension de claquage, de façon que celle-ci réagisse de nouveau à la réception d'un photon. Les diodes SPAD peuvent être actuellement utilisées sur des cycles présentant des périodes de 10 réactivation inférieures à 10 ns. De ce fait, elles peuvent être utilisées à haute fréquence pour réaliser la détection d'objets à des distances relativement faibles du dispositif de mesure, par exemple de l'ordre de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres. 15 Comme cela est illustré en figure 2C, un inconvénient des diodes SPAD est que, si elles reçoivent un signal lumineux tel que ceux décrits en relation avec la figure 2B, l'instant d'avalanche de la diode peut varier légèrement par rapport à ce signal. En effet, l'histogramme du nombre d'impulsions en 20 fonction du temps reflète le profil temporel de puissance de la lumière reçue par la diode SPAD. Ainsi, dans le cas illustré en figures 2A à 2C, sur un grand nombre d'acquisitions, l'histogramme d'émission d'impulsions par la diode SPAD suit sensiblement la courbe de la figure 2B. La détermination de la 25 distance à un objet à partir de l'information du retard entre le signal émis pas la source 12 et la génération d'une impulsion par la diode SPAD n'est donc pas fiable si elle est réalisée sur une unique période. Des dispositifs de compteurs numériques pour compa30 raison d'histogrammes, associés à des capteurs à diodes SPAD, sont connus. Cependant, ces dispositifs sont relativement complexes à mettre en oeuvre. Il est également connu d'utiliser des capteurs comprenant des photodiodes à transfert de charges sur plusieurs 35 noeuds en fonction de la phase du signal émis par le générateur B10896 - 11-GR2-0003 4 de référence. La comparaison de la quantité de charges photogénérées en phase avec le signal de référence et en déphasage avec celui-ci permet d'obtenir une information de distance à l'objet. Cependant, ces dispositifs induisent une erreur d'estimation de distance qui peut être critique pour de faibles distances. En outre, un inconvénient de l'ensemble des dispositifs connus est qu'ils sont généralement sensibles au ratio entre la lumière utilisée pour la détection et la lumière ambiante. En effet, ces dispositifs perdent beaucoup en précision lorsque la lumière ambiante est forte par rapport à la lumière utile. Les dispositifs connus sont de plus sensibles à la forme d'onde de la lumière émise par le générateur qui est difficilement idéale.

Un besoin existe en outre d'un procédé de détermination de la distance à l'objet efficace pour des faibles distances et palliant les inconvénients des dispositifs connus. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un dispositif et un procédé de traitement de signaux émis par des capteurs à génération d'évènement en réponse à la réception d'un signal lumineux palliant tout ou partie des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur.

Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un dispositif et un procédé de détermination d'une distance à un objet en déterminant de façon précise le retard entre des signaux obtenus du procédé et du dispositif ci-dessus.

Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé de définition, à partir d'un premier signal périodique, d'un deuxième signal de même période, comprenant les étapes suivantes : générer un troisième signal présentant des évènements détectables ; et synchroniser le deuxième signal à chaque évènement.

B10896 - 11-GR2-0003 Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape de synchronisation se fait par déphasage progressif du deuxième signal à chaque apparition d'évènement sur le troisième signal. 5 Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé comprend en outre une étape finale pendant laquelle le déphasage entre les premier et deuxième signaux ne varie plus en fonction de l'apparition des évènements sur le troisième signal.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape de synchronisation comprend l'augmentation du déphasage entre les deuxième et premier signaux lorsqu'un évènement intervient sur le troisième signal alors que le deuxième signal est à un premier état et la diminution du déphasage lorsqu'un évènement intervient alors que le deuxième signal est à un deuxième état. Un mode de réalisation de la présente invention prévoit en outre un procédé de détermination de la distance à un objet, comprenant les étapes : (a) générer un signal lumineux périodique à destination d'un premier dispositif de photodétection et d'un deuxième dispositif de photodétection après réflexion sur l'objet ; (b) appliquer le procédé ci-dessus pour définir un quatrième signal, à partir du signal lumineux et d'un signal comprenant des évènements en forme d'impulsions généré par une diode à avalanche déclenchée par un seul photon du premier dispositif de photodétection ; (c) appliquer le procédé ci-dessus pour définir un cinquième signal, à partir du signal lumineux et d'un signal comprenant des évènements en forme d'impulsions généré par une diode à avalanche déclenchée par un seul photon du deuxième dispositif de réception. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé comprend en outre une étape finale pendant laquelle le déphasage de chacun des quatrième et cinquième signaux périodiques par rapport au signal lumineux ne varie plus et B10896 - 11-GR2-0003 6 pendant laquelle est déterminé le déphasage entre les quatrième et cinquième signaux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape de détermination du déphasage entre les quatrième et cinquième signaux comprend une étape de formation d'un sixième signal qui est à un état déterminé pendant la période de déphasage entre les quatrième et cinquième signaux, et une étape de mesure de la durée du sixième signal à l'état déterminé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la mesure de la durée du sixième signal à l'état déterminé est réalisée à l'aide d'un compteur synchronisé sur un signal d'horloge dont la fréquence diffère de la fréquence du sixième signal. Un mode de réalisation de la présente invention 15 prévoit en outre un circuit électronique adapté à la mise en oeuvre des procédés ci-dessus. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit comprend une première entrée adaptée à recevoir un premier signal périodique et une deuxième entrée adaptée à 20 recevoir un troisième signal comportant un évènement à chaque période du premier signal, comprenant en outre des moyens pour définir un deuxième signal, de même période que le premier signal, de façon que le deuxième signal soit synchronisé sur l'instant moyen d'apparition d'un évènement sur plusieurs 25 périodes du premier signal. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit comprend un déphaseur recevant en entrée le premier signal et dont la sortie forme le deuxième signal, deux portes ET à deux entrées, chaque porte ET recevant en entrée le 30 troisième signal et le deuxième signal, la sortie des portes ET commandant l'activation d'une première et d'une deuxième source de courant, le point milieu entre les deux sources de courant étant connecté à une première borne d'un condensateur, la tension aux bornes du condensateur constituant le signal de 35 commande du déphaseur.

B10896 - 11-GR2-0003 7 Un mode de réalisation de la présente invention prévoit en outre un dispositif de détermination de la distance à un objet, comprenant deux circuits tels que décrits ci-dessus, les deux circuits recevant un même premier signal sur leurs 5 premières entrées et recevant, sur leurs deuxièmes entrées, respectivement, le signal issu d'une première diode à avalanche déclenchée par un seul photon placée près d'une source lumineuse alimentée par le premier signal et le signal issu d'une deuxième diode à avalanche déclenchée par un seul photon placée de façon 10 à recevoir le signal issu de la source lumineuse après réflexion sur un objet, la sortie du premier circuit, respectivement du deuxième circuit, étant connectée sur une entrée non inverseuse, respectivement inverseuse, d'une porte ET dont la sortie est connectée en entrée d'un dispositif de mesure de la durée du 15 signal en sortie à l'état haut. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend une entrée d'horloge connectée en entrée d'une première et d'une deuxième boucles à verrouillage de phase dont les fréquences de sortie diffèrent, la sortie de la 20 première boucle étant utilisée comme premier signal des deux circuits, le dispositif de mesure comprenant un compteur incrémenté lorsque la sortie de la porte ET est à l'état haut à l'apparition d'un front montant du signal en sortie de la deuxième boucle à verrouillage de phase, pendant un cycle de 25 comptage d'une période multiple de la période en sortie de la deuxième boucle à verrouillage de phase. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante 30 de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, illustre le principe du procédé de détermination de distance à un objet de type "Temps de Vol" ; B10896 - 11-GR2-0003 8 les figures 2A à 2C sont des chronogrammes illustrant des résultats obtenus à l'aide d'un dispositif de la figure 1, ainsi que le fonctionnement de diodes "SPAD" ; la figure 3 illustre un dispositif d'acquisition et de 5 mise en forme de signaux selon un mode de réalisation de la présente invention ; les figures 4 et 5 illustrent le fonctionnement du dispositif de la figure 3 ; les figures 6A à 6F sont des chronogrammes illustrant 10 le fonctionnement du dispositif de la figure 3 ; la figure 7 illustre un dispositif complet de calcul de la distance à un objet à partir des signaux obtenus du dispositif de la figure 3 ; et les figures 8A à 8E, 9A à 9E, et 10A à 10F sont des 15 chronogrammes illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 7. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Description détaillée 20 Pour obtenir une information de la distance à un objet, on prévoit ici un circuit et un procédé tirant profit des données obtenues d'un dispositif amélioré par rapport au dispositif de la figure 1, les capteurs mis en jeu intégrant des éléments générant des évènements à la réception de l'information 25 lumineuse. Dans la suite de la description, on parlera de diodes SPAD pour ces éléments, mais d'autres capteurs de ce type pourront être utilisés. Plus particulièrement, on cherche ici à obtenir, à partir des signaux fournis par deux diodes SPAD, des signaux 30 périodiques dont le déphasage relatif correspond, après une phase d'ajustement, au déphasage entre les moments d'émission moyens des impulsions par des diodes SPAD dans chaque période. Le dispositif permettant de générer ces signaux sera décrit ci-après en relation avec les figures 3, 4, 5 et 6A à 6F.

B10896 - 11-GR2-0003 9 Ce premier circuit est en outre intégré dans un dispositif plus complet permettant de déterminer avec précision la durée du déphasage entre les signaux générés par le premier circuit. Ce dispositif sera décrit plus en détail ci-après en relation avec les figures 7, 8A à 8E, 9A à 9E et 10A à 10F. La figure 3 illustre un dispositif d'acquisition et de mise en forme de signaux selon un mode de réalisation. Le dispositif de la figure 3 comprend un générateur électrique 10 ("PULSE") dont la sortie, périodique et en créneaux, alimente une source lumineuse 12. Une première diode à avalanche déclenchée par un seul photon, SPAD1, est placée en proche proximité de la source lumineuse 12 et reçoit ainsi quasiment instantanément le signal émis par la source lumineuse 12.

Une deuxième diode à avalanche déclenchée par un seul photon, SPAD2, est placée de façon à recevoir le signal lumineux émis par la source 12, après réflexion sur un objet 16. La disposition des diodes SPAD1 et SPAD2 par rapport à l'objet étant classique, elle ne sera pas décrite plus en détail ici. Un système de masque entre les deux diodes pourra par exemple être utilisé pour que la diode SPAD2 ne reçoive pas la lumière directement émise par la source lumineuse 12 et que la diode SPAD1 ne reçoive pas le signal réfléchi par l'objet 16. L'utilisation du capteur SPAD1 en proche proximité de la source lumineuse 12 permet d'obtenir une information de référence améliorée par rapport à l'information de référence directement issue du générateur 10. En effet, puisque le signal issu du capteur SPAD1 est du même type que celui issu du capteur SPAD2, ces deux signaux sont influencés par les conditions extérieures, et notamment par la lumière ambiante, de la même façon. La comparaison entre ces deux signaux est donc plus fiable que la comparaison entre le signal issu du capteur SPAD2 et le signal issu du générateur 10. Les diodes SPAD1 et SPAD2 génèrent des impulsions à la 35 réception des faisceaux lumineux qu'elles reçoivent. Dans la B10896 - 11-GR2-0003 10 suite de la description, les circuits associés aux diodes SPAD1 et SPAD2 étant identiques, on référencera par une extension "-1" des éléments du circuit associés à la diode SPAD1, et une extension "-2" des éléments associés à la diode SPAD2.

Le circuit électronique associé au signal généré par la diode SPAD1 va maintenant être décrit, le circuit associé à la diode SPAD2 lui étant identique. Le signal émis par la diode SPAD1 passe par un circuit 30-1 permettant de remettre en forme les impulsions générées par la diode SPAD1. Plus particulièrement, le circuit 30-1 fournit un signal SPAD1' présentant des impulsions dont le début coïncide avec le début des impulsions du signal SPAD1, mais dont la durée est constante. Le signal issu du générateur 10 ("PULSE") est connecté en entrée d'un circuit déphaseur 32-1 à déphasage variable, dont la valeur varie en fonction d'une tension V-1 qui lui est appliquée en commande. La sortie du déphaseur 32-1, appelée ADAPT-1, et ainsi déphasée par rapport au signal généré par le générateur 10.

Une porte ET, 34-1, reçoit sur ses deux entrées non inverseuses le signal SPAD1' et le signal ADAPT-1. Une seconde porte ET, 36-1, reçoit sur une première entrée non inverseuse le signal SPAD1' et sur une deuxième entrée inverseuse le signal ADAPT-1. La sortie de la porte 34-1 et appelée UP-1 et la sortie de la porte 36-1 est appelée DOWN-1. Les signaux UP-1 et DOWN-1 commandent respectivement l'activation de sources de courant et IDowN-1 qui sont placées, respectivement, entre une source d'alimentation (non représentée) et une première borne d'un condensateur C-1 et la première borne du condensateur C-1 et la masse. Le condensateur C-1 est placé entre le point milieu des sources de courant et la masse. La tension aux bornes du condensateur C-1 correspond au signal V-1 de commande du déphaseur à déphasage variable 32-1. Le signal ADAPT-1 du circuit associé à la diode SPAD1 35 et le signal ADAPT-2 du circuit associé à la diode SPAD2 sont B10896 - 11-GR2-0003 11 connectés en entrée d'un système de comparaison 38 (COMP) qui permet de générer un signal SD image du déphasage entre les signaux ADAPT-1 et ADAPT-2. La figure 4 est une courbe illustrant le fonctionnement du déphaseur 32-1 de la figure 3. Dans cette courbe est illustré le déphasage Delay entre le signal de sortie ADAPT-1 et le signal d'entrée PULSE, en fonction de la valeur de la tension de commande V-1. Comme cela est illustré dans cette courbe, le déphasage est constant et égal à une durée Dmin pour une tension V-1 inférieure à une tension V-1min et égal à une valeur Dmax lorsque la tension V-1 est supérieure à une tension V-lmax- Entre les tensions V-1min et V- lmax, le déphasage DELAY suit une courbe linéaire de pente positive entre les valeurs Dmin et Dmax- A titre d'exemple, le déphasage minimum Dmin peut être égal à zéro et le déphasage maximum Dmax peut être égal à une période du signal en sortie du générateur 10. D'autres configurations pourront être utilisées, par exemple si on sait a priori que la distance à l'objet à détecter implique un retard compris entre des valeurs prédéterminées.

La figure 5 est une courbe illustrant le fonction- nement du système comprenant les sources de courant et IDOWN-1, commandées par les signaux UP-1 et DOWN-1. Sur la courbe de la figure 5 est illustrée la durée d'activation des sources de courant et IDowN-1 en fonction de la durée des signaux UP-1 et DOWN-1. Une valeur de seuil 'PULSE définit la limite temporelle minimale pour laquelle la durée des signaux UP-1 et DOWN-1 n'influe plus. Le but est que, lorsque la source de courant est activée, le condensateur C-1 se charge, ce qui augmente la tension V-1 et que, lorsque la source de courant 30 IDOWN-1 est activée, le condensateur C-1 se décharge ce qui abaisse la tension V-1. Lorsque le temps à l'état haut du signal UP-1 dépasse la durée 'PULSE, la source de courant est activée pendant une durée tmax prédéterminée. Lorsque le signal DOWN-1 est à un 35 état haut pendant une durée supérieure à une durée 'PULSE, la B10896 - 11-GR2-0003 12 source de courant IDowN-1 est activée pendant la durée tmax, et le condensateur C-1 se décharge d'une valeur prédéterminée. Si la durée de commande des signaux UP-1 et DOWN-1 est inférieure à la durée 'PULSE, la durée d'activation des sources Iup_l et IDOWN-1 est proportionnelle à cette durée. Ainsi, pendant un cycle, si le signal UP-1 et le signal DOWN-1 sont alternativement à l'état haut, la quantité de courant injecté dans le condensateur C-1 peut être nulle. Les figures 6A à 6F sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 3, en ce qui concerne le circuit associé à la diode SPAD2. Plus particulièrement, la figure 6A illustre le signal PULSE en sortie du générateur 10 ou de la source lumineuse 12, la figure 6B le signal ADAPT-2, la figure 6C le signal émis par la diode SPAD2, la figure 6D le signal SPAD2', la figure 6E le signal UP2 et la figure 6F le signal DOWN-2. A un instant tO, le signal PULSE passe d'un état bas à un état haut. On considère ici un décalage initial arbitraire entre le signal PULSE et le signal ADAPT-2 d'un quart de période (D). On notera que le décalage initial du signal ADAPT-2 pourra être nul, aléatoirement généré, ou être fixé à une valeur prédéterminée. A un instant t1, décalé d'une durée D de l'instant tO, le signal ADAPT-2 passe à l'état haut. A un instant t2, la diode SPAD2 génère une impulsion associée à la réception d'un photon lumineux réfléchi sur l'objet. Le signal SPAD2 est remis en forme par le circuit 30-2 de façon à obtenir un signal SPAD2' commençant à l'instant t2 mais présentant une même durée sur les différentes périodes.

Pendant que le signal SPAD2' est l'état haut, le signal ADAPT-2 est également à l'état haut, ce qui provoque le passage du signal UP-2 à l'état haut pendant la durée de l'impulsion du signal SPAD2'. Come cela est illustré par une flèche, le passage à l'état haut du signal UP-2 provoque B10896 - 11-GR2-0003 13 l'augmentation du déphasage entre le signal PULSE et le signal ADAPT-2 à la période suivante. Pendant le cycle suivant, la diode SPAD2 émet une impulsion à un instant t3. Dans l'exemple représenté, une 5 première moitié de l'impulsion remise en forme par le circuit 30-2 (SPAD2') se déroule tandis que le signal ADAPT-2 est l'état bas, et la deuxième moitié de l'impulsion se déroule tandis que le signal ADAPT-2 est à l'état haut. Ceci provoque le passage à l'état haut successivement du signal DOWN-2 et du signal UP-2. 10 Les sources de courant Iup-2 et IDowN-2 sont ainsi alternativement activées. Les injections de courant de ces deux sources s'annulant mutuellement, le déphasage entre les signaux PULSE et ADAPT-2 ne varie pas lors de la troisième période. Comme cela est illustré dans les chronogrammes des 15 figures 6A à 6F, le procédé décrit ci-dessus se poursuit pendant un grand nombre de cycles. Contrairement à ce qui est représenté, l'ajustement du déphasage entre les signaux ADAPT-2 et PULSE se fait par paliers de faible amplitude, ce qui permet de minimiser l'influence d'impulsions qui interviendraient loin 20 du point de réception d'énergie maximale par la diode SPAD2. Le circuit de la figure 3 permet ainsi d'obtenir, après un grand nombre de cycles d'ajustement, un signal ADAPT-1 déphasé du signal PULSE et dont le début d'une période coïncide avec l'instant moyen d'apparition des impulsions sur la diode 25 SPAD1 et un signal ADAPT-2 déphasé du signal PULSE et dont le début d'une période coïncide avec l'instant moyen d'apparition des impulsions sur la diode SPAD2. On appellera par la suite boucle ADLL, pour l'acronyme anglais "Analog Delay Locked Loop", une boucle constituée d'un déphaseur 32, de portes 34 et 36, de 30 sources de courant Iup et IDowN et d'un condensateur C, permettant d'obtenir le signal ADAPT. Avantageusement, l'utilisation des deux boucles ADLL permet de se prémunir contre le décalage qui peut intervenir entre le signal du générateur 10 et le signal du capteur SPAD2 35 du fait de l'influence de la lumière ambiante. En outre, B10896 - 11-GR2-0003 14 l'obtention des signaux ADAPT-1 et ADAPT-2 suite à un grand nombre de cycles d'adaptation permet de limiter la susceptibilité du dispositif à la forme d'onde de la lumière émise par le générateur.

Le procédé proposé ici prévoit deux phases pour chaque détermination de distance. Une première phase consiste à obtenir des signaux ADAPT-1 et ADAPT-2 périodiques et déphasés, de la façon décrite ci-dessus à l'aide des deux boucles ADLL. A titre d'exemple, l'ajustement pourra être réalisé sur un nombre de cycles variant entre 100000 et 10 millions. En pratique, si on se fixe comme objectif d'obtenir un ajustement correct dans un délai compris entre 1 et 10 ms, on pourra réaliser l'ajustement sur environ un million de cycles, si le signal PULSE présente une période de l'ordre de la nanoseconde. Une seconde phase consiste à bloquer l'ajustement de phase et à travailler sur des signaux ADAPT-1 et ADAPT-2 dont le déphasage ne varie plus, et à déterminer la durée de ce déphasage. Cependant, la mesure de ce déphasage n'est pas immédiate. En effet, du fait des faibles distances que l'on souhaite détecter, ce déphasage peut être très faible. Il est donc nécessaire de prévoir un dispositif permettant d'obtenir une information de distance à partir des signaux ADAPT-1 et ADAPT-2. De nombreuses variantes du dispositif et du procédé décrits ci-dessus pourront être prévues. Notamment, on pourra prévoir une étape préalable à l'ajustement de déphasage pendant laquelle la tension aux bornes des condensateurs C-1 et C-2 est initialisée à une valeur prédéterminée, par exemple à la moitié de sa valeur maximale. Cela permet un ajustement plus rapide vers des déphasages appropriés des signaux ADAPT-1 et ADAPT-2. On pourra également prévoir de fixer la tension aux bornes des condensateurs C-1 et C-2 à une valeur différente si une information de la distance est connue a priori. Par exemple, l'ajustement initial de la tension aux bornes des condensateurs pourra être réalisé à l'aide d'un comparateur recevant sur une B10896 - 11-GR2-0003 15 entrée le signal ADAPT-1 ou ADAPT-2 et sur une autre entrée une tension de référence, la sortie de ce comparateur rendant actif la ou les sources de courant Iup-1, Iup-2, IDowN-1 ou IDOWN-2- On pourra également prévoir une étape préalable à l'ajustement de déphasage pendant laquelle un déphasage à vide, c'est-à-dire sans réception d'impulsions lumineuses, est mesuré entre les tensions ADAPT-1 et ADAPT-2. Ce déphasage sera ensuite soustrait des mesures si nécessaire. La figure 7 illustre un dispositif plus complet permettant la détermination de la durée du déphasage entre les signaux ADAPT-1 et ADAPT-2, et ainsi de la distance à l'objet 16. Le circuit de la figure 7 reprend de façon schématique les éléments du circuit de la figure 3 : deux blocs ADLL-1 et ADLL-2 correspondent aux circuits permettant de générer, à partir d'un signal d'entrée définissant la fréquence du signal PULSE, les signaux ADAPT-1 et ADAPT-2. Le circuit de la figure 7 comprend une entrée principale recevant un signal d'horloge CLK. Une première branche du circuit, recevant en entrée le signal d'horloge CLK, comprend une première boucle à verrouillage de phase PLL1 et un circuit diviseur de fréquence d'un facteur N. La boucle à verrouillage de phase PLL1 augmente la fréquence du signal en sortie d'un facteur npLLl, et le circuit diviseur divise cette fréquence de façon à obtenir une fréquence inférieure à la fréquence maximale de déclenchement d'avalanche des diodes SPAD. Le signal en sortie du diviseur N correspond au signal PULSE du circuit de la figure 3 pour les circuits ADLL1 et ADLL2. Les signaux ADAPT-1 et ADAPT-2, une fois ajustés et figés, sont connectés en entrée d'une porte ET 50 (COMP), le signal ADAPT-1 étant connecté à une entrée non inverseuse et le signal ADAPT-2 sur une entrée inverseuse. Le signal SD en sortie de la porte 50 est ainsi à l'état haut à chaque période pendant une durée correspondant au déphasage (fixe) entre les signaux ADAPT-1 et ADAPT-2.

B10896 - 11-GR2-0003 16 Pour obtenir une information de la durée à l'état haut du signal SD, on a imaginé un compteur permettant d'obtenir, après comptage, un nombre image de cette durée. Ce compteur fonctionne sur plusieurs périodes 5 consécutives du signal SD. Pour former ce compteur, l'entrée d'horloge CLK est connectée en entrée d'une deuxième boucle à verrouillage de phase PLL2 dont le coefficient multiplicateur de fréquence, npLL2, est distinct, mais peut être proche, du coefficient multiplicateur npLL1 de la boucle à verrouillage de 10 phase PLL1. A titre d'exemple, si le signal d'horloge CLK présente une fréquence de l'ordre de quelques MHz, les boucles à verrouillage de phase PLL1 et PLL2 pourront présenter des coefficients multiplicateurs de fréquence tels que 65 et 66. D'autres valeurs pourront bien entendu être utilisées. 15 Le signal en sortie de la boucle à verrouillage de phase PLL2 est connecté en entrée d'un circuit diviseur de fréquence d'un coefficient M, le signal en sortie du diviseur M définissant la période pendant laquelle le compteur fonctionne avant une remise à zéro. La période de comptage doit être 20 suffisante pour obtenir une information fiable en sortie du compteur. Notamment, la période de comptage doit correspondre au moins au plus petit commun multiplicateur entre les périodes des signaux en sortie de la PLL1 et de la PLL2. La sortie de la boucle à verrouillage de phase PLL2 25 est connectée sur l'entrée de commande (sur front montant) de deux bascules D, 52 et 54. La sortie du diviseur M est connectée sur l'entrée principale de la première bascule D 52, la sortie Q de la bascule 52 étant connectée sur l'entrée principale de la bascule 54. 30 Une porte ET à trois entrées 56 reçoit sur ses entrées le signal SD, la sortie de la bascule 52 et la sortie de la bascule 54. La sortie de la porte 56 forme le signal d'activation d'un compteur COUNT 58. Le compteur 58 est synchronisé sur les fronts montants du signal en sortie de la 35 boucle à verrouillage de phase PLL2. Une porte ET à deux entrées B10896 - 11-GR2-0003 17 60 reçoit sur une entrée non inverseuse la sortie de la bascule 54 et sur une entrée inverseuse la sortie de la bascule 52, la sortie de la porte 60 formant un signal de remise à zéro (RST) du compteur 58.

Le compteur 58 fonctionne comme suit. A chaque front montant du signal sortant de la boucle à verrouillage de phase PLL2, si la sortie de la porte 56 est à l'état haut, c'est-à-dire si le signal SD est l'état haut et que l'on est dans une phase de comptage (signal en sortie du diviseur M à l'état haut), le compteur s'incrémente. Du fait de la différence de fréquence des signaux en sortie des boucles à verrouillage de phase PLL1 et PLL2, le compteur ne s'incrémente qu'un petit nombre de fois sur un cycle de comptage, comme on le verra sur les chronogrammes des figures 8A à 8E, 9A à 9E et 10A à 10F. Le nombre stocké en fin d'un cycle de comptage sur le compteur est associable à une durée à l'état haut du signal SD, et donc à une distance à l'objet. Les figures 8A à 8E, 9A à 9E, et 10A à 10F sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 7. Plus particulièrement, les chronogrammes des figures 8A à 8E illustrent un cycle complet de comptage, les figures 9A à 9E sont un agrandissement des chronogrammes des figures 8A à 8E (portion A) sur quelques incréments du compteur 58, et les figures 10A à 10F illustrent le détail d'une incrémentation du compteur 58 (portion B des figures 9A à 9E). Les chronogrammes des figures 8A à 8E, des figures 9A à 9E, et des figures 10A à 10E illustrent, respectivement, le signal ADAPT-1, le signal ADAPT-2, le signal SD, le signal en sortie du diviseur M et l'évolution du compteur 58. Le chronogramme de la figure 10F illustre en outre le signal en sortie de la boucle PLL2. Comme on le voit dans ces différents chronogrammes, le compteur est remis à zéro au bout de M périodes du signal en 35 sortie de la boucle PLL2. Les agrandissements des figures 10A à B10896 - 11-GR2-0003 18 10F montrent deux impulsions sur le signal SD, l'une impliquant un incrément du compteur, l'autre n'en impliquant pas. A un instant 11, une impulsion sur le signal SD apparaît, mais aucun front montant du signal en sortie de la 5 boucle à verrouillage de phase PLL2 n'intervient pendant cette impulsion, ce qui ne modifie pas l'état du compteur. A un instant T2, une deuxième impulsion sur le signal SD apparaît, et un front montant du signal en sortie de la boucle à verrouillage de phase PLL2 intervient pendant cette impulsion, ce qui 10 incrémente le compteur. Du fait de la différence de fréquence entre les signaux en sortie des boucles PLL1 et PLL2, les fronts montants du signal de sortie de la boucle PLL2, sur une durée de comptage, interviennent à différents instants de la période du 15 signal SD. Ainsi, sur un cycle de comptage, plus la durée de l'impulsion sur le signal SD est importante, plus le compteur s'incrémente. La valeur sur le compteur 58 en fin de chaque cycle de comptage permet ainsi d'obtenir, à l'aide d'un bloc de lecture 62 (DISTANCE) de la valeur sur le compteur en fin de 20 cycle, une valeur très précise de la distance à l'objet. Le dispositif de la figure 7 permet en outre d'obtenir une précision temporelle très fine en utilisant des signaux d'horloge à des fréquences raisonnables pour la réalisation en circuit intégré, inférieures à 1 GHz.

25 On notera que l'on pourra prévoir plusieurs cycles de comptage pour une même distance à l'objet, une moyenne pouvant ensuite être réalisée pour déterminer la distance à l'objet la plus exacte possible. On pourra également prévoir de décaler le signal SD de 30 quelques périodes du signal en sortie du bloc PLL1, par rapport au début d'une période du signal en sortie du diviseur N, pour assurer que l'ensemble des passages à l'état haut du signal SD soient bien comptabilisés par le compteur. On pourra également artificiellement augmenter la durée des impulsions sur le signal 35 SD pour une meilleure lecture de la durée à l'état haut de ce B10896 - 11-GR2-0003 19 signal, la valeur stockée sur le compteur en fin de cycle de comptage étant adaptée en conséquence. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, l'invention ne se limite pas à une association de boucles ADLL, couplées à des diodes SPAD et à un système de détermination de durée à l'état haut tel que celui de la figure 7. En effet, on pourra par exemple coupler les boucles ADLL décrites ci-dessus (figure 3) à d'autres types de détecteurs lumineux que des diodes SPAD, tant que les signaux issus de ces détecteurs ont la forme d'évènements intervenant avec la réception d'impulsions lumineuses. Par exemple, on pourra utiliser des photodiodes à transfert de charges rapide, qui transfèrent des charges photogénérées sur deux noeuds de lecture alternativement pendant un cycle. La quantité de charges sur chaque noeud à chaque cycle permet d'obtenir une information de la distance à l'objet. Dans le cas de telles diodes, le signal présentant des évènements détectables considéré pour mettre en oeuvre le procédé décrit ici sera issu du signal sur chacun des noeuds de lecture, l'instant d'occurrence desdits évènements étant lié à la quantité de lumière sur chaque noeud. Des moyens permettant de générer lesdits évènements à partir du signal sur les deux noeuds de lecture pourront être prévus. Également, pour déterminer la durée d'un signal image du déphasage entre deux signaux issus de boucles ADLL, on pourra utiliser d'autres dispositifs que celui décrit en relation avec la figure 7, et notamment des convertisseurs analogique- numérique, tant que ces dispositifs assurent la détermination précise de la durée du signal SD, ou du déphasage entre les deux signaux périodiques issus des boucles ADLL. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra B10896 - 11-GR2-0003 20 combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de définition, à partir d'un premier signal périodique (PULSE), d'un deuxième signal de même période (ADAPT-1, ADAPT-2), comprenant les étapes suivantes : générer au moins un troisième signal (SPAD1, SPAD2) 5 présentant des évènements détectables ; et synchroniser le deuxième signal à chaque évènement.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de synchronisation se fait par déphasage progressif du deuxième signal (ADAPT-1, ADAPT-2) à chaque apparition 10 d'évènement sur le troisième signal (SPAD1, SPAD2).
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une étape finale pendant laquelle le déphasage entre les premier et deuxième signaux (PULSE, ADAPT-1, ADAPT-2) varie plus en fonction de l'apparition des évènements sur 15 troisième signal (SPAD1, SPAD2).
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape de synchronisation comprend l'augmentation du déphasage entre les deuxième et premier signaux (ADAPT-1, ADAPT-2, PULSE) lorsqu'un évènement intervient 20 sur le troisième signal (SPAD1, SPAD2) alors que le deuxième signal (ADAPT-1, ADAPT-2) est à un premier état et la diminution dudit déphasage lorsqu'un évènement intervient alors que le deuxième signal (ADAPT-1, ADAPT-2) est à un deuxième état.
5. 5. Procédé de détermination de la distance à un objet, 25 comprenant les étapes : (a) générer un signal lumineux périodique (PULSE) à destination d'un premier dispositif de photodétection et d'un deuxième dispositif de photodétection après réflexion sur l'objet (16) ; 30 (b) appliquer le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour définir un quatrième signal (ADAPT-1), à partir du signal lumineux (PULSE) et d'un signal comprenant des évènements en forme d'impulsions généré par une diode à ne leB10896 - 11-GR2-0003 22 avalanche déclenchée par un seul photon (SPAD1) du premier dispositif de photodétection ; (c) appliquer le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour définir un cinquième signal (ADAPT-2), à partir du signal lumineux (PULSE) et d'un signal comprenant des évènements en forme d'impulsions généré par une diode à avalanche déclenchée par un seul photon (SPAD2) du deuxième dispositif de réception.
6. 6. Procédé selon la revendication 5, comprenant en outre une étape finale pendant laquelle le déphasage de chacun des quatrième et cinquième signaux périodiques (ADAPT-1, ADAPT2) par rapport au signal lumineux (PULSE) ne varie plus et pendant laquelle est déterminé le déphasage entre les quatrième et cinquième signaux.
7. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape de détermination du déphasage entre les quatrième et cinquième signaux (ADAPT-1, ADAPT-2) comprend une étape de formation d'un sixième signal (SD) qui est à un état déterminé pendant la période de déphasage entre les quatrième et cinquième signaux, et une étape de mesure de la durée du sixième signal à l'état déterminé.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la mesure de la durée du sixième signal (SD) à l'état déterminé est réalisée à l'aide d'un compteur (58) synchronisé sur un signal d'horloge (PLL2) dont la fréquence diffère de la fréquence du sixième signal.
9. 9. Circuit électronique adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. 10. Circuit électronique selon la revendication 9, comprenant une première entrée adaptée à recevoir un premier signal périodique (PULSE) et une deuxième entrée (SPAD1', SPAD2') adaptée à recevoir un troisième signal comportant un évènement à chaque période du premier signal, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour définir un deuxième signal (ADAPT-1, ADAPT-2), de même période que le premier signal, deB10896 -
11. 11-GR2-0003 23 façon que le deuxième signal soit synchronisé sur l'instant moyen d'apparition d'un évènement sur plusieurs périodes du premier signal. 11. Circuit selon la revendication 10, comprenant un 5 déphaseur (32-1, 32-2) recevant en entrée le premier signal (PULSE) et dont la sortie forme le deuxième signal (ADAPT-1, ADAPT-2), deux portes ET à deux entrées (34-1, 34-2, 36-1, 362), chaque porte ET recevant en entrée le troisième signal (SAPD1', SPAD2') et le deuxième signal (ADAPT-1, ADAPT-2), la 10 sortie desdites portes ET commandant l'activation d'une première et d'une deuxième source de courant (Iup-1, IDowN-1, Iup-2, IDOWN-2), le point milieu entre les deux sources de courant étant connecté à une première borne d'un condensateur (C-1, C2), la tension aux bornes dudit condensateur (V-1, V-2) 15 constituant le signal de commande du déphaseur (32-1, 32-2).
12. 12. Dispositif de détermination de la distance à un objet, comprenant deux circuits selon la revendication 10 ou 11, lesdits deux circuits recevant un même premier signal (PULSE) sur leurs premières entrées et recevant, sur leurs deuxièmes 20 entrées, respectivement, le signal issu d'une première diode à avalanche déclenchée par un seul photon (SPAD1') placée près d'une source lumineuse alimentée par le premier signal (PULSE) et le signal issu d'une deuxième diode à avalanche déclenchée par un seul photon (SPAD2') placée de façon à recevoir le signal 25 issu de la source lumineuse après réflexion sur un objet (16), la sortie du premier circuit (ADAPT-1), respectivement du deuxième circuit (ADAPT-2), étant connectée sur une entrée non inverseuse, respectivement inverseuse, d'une porte ET (50) dont la sortie (SD) est connectée en entrée d'un dispositif de mesure 30 de la durée du signal en sortie (SD) à l'état haut.
13. 13. Dispositif selon la revendication 12, comprenant une entrée d'horloge (CLK) connectée en entrée d'une première et d'une deuxième boucle à verrouillage de phase (PLL1, PLL2) dont les fréquences de sortie diffèrent, la sortie de la première 35 boucle étant utilisée comme premier signal desdits deux circuitsB10896 - 11-GR2-0003 24 (ADLL1, ADLL2), le dispositif de mesure comprenant un compteur (58) incrémenté lorsque la sortie de la porte ET (50) est à l'état haut à l'apparition d'un front montant du signal en sortie de la deuxième boucle à verrouillage de phase (PLL2), 5 pendant un cycle de comptage d'une période multiple de la période en sortie de la deuxième boucle à verrouillage de phase (PLL2).