FR3140227A1 - Système de détection et/ou de communication d’un véhicule automobile comportant un module d’émission et un module de réception d’un faisceau lumineux - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un système (1) d’un véhicule automobile comportant un module d’émission (2) comportant un module lumineux (21) comportant une source lumineuse à semi-conducteur (23) apte à émettre un faisceau lumineux (F1) dont le spectre présente un pic (P1) pour une longueur d’onde donnée, un module de réception (3) apte à recevoir un faisceau lumineux (F2), dans lequel le module de réception comporte un module d’acquisition élémentaire (32) comprenant un photodétecteur (32a), caractérisé en ce que le module de réception comporte un filtre optique (34) de type passe-bande placé devant le photodétecteur (32a), ledit filtre optique comportant deux lames semi-réfléchissantes (34a) et un dispositif de réglage (34b) de la distance (d) séparant lesdites lames; un dispositif de contrôle (5) agencé pour asservir ladite distance à la ladite valeur d’un paramètre de la source lumineuse influant sur ladite longueur d’onde donnée. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Système de détection et/ou de communication d’un véhicule automobile comportant un module d’émission et un module de réception d’un faisceau lumineux

L’invention concerne le domaine de l’éclairage automobile et des fonctions de transmission de données au moyen de la lumière émise par un système d’éclairage automobile. Plus précisément, l’invention concerne un système d’un véhicule automobile pour la réception de données transmises par un faisceau lumineux.

Il est connu, dans le domaine automobile, d’utiliser un faisceau lumineux émis par un module lumineux pour réaliser une fonction photométrique donnée, et pour en prime transmettre des données.

De façon classique, la source lumineuse permettant l’émission de ce faisceau lumineux est contrôlée par un signal électrique modulé en largeur d’impulsion, ou PWM (de l’anglais « Pulse Width Modulation »). La source lumineuse est ainsi périodiquement activée et désactivée par ce signal PWM, de sorte que le faisceau lumineux émis soit composé d’impulsions lumineuses se succédant avec une fréquence suffisamment élevée pour que l’œil humain ne les distingue plus. L’intensité du faisceau lumineux émis est fonction du rapport cyclique de ce signal PWM, de sorte qu’il soit possible de la contrôler en ajustant ce rapport cyclique. Il est alors possible de moduler ce signal PWM à l’aide d’une séquence de donnée de sorte que cette séquence de données soit transportée par le faisceau lumineux. De la sorte, le faisceau lumineux peut conserver sa fonction originelle, à savoir réaliser une fonction photométrique, tout en permettant le transport de la séquence de données. Ce type de technologie est connu par exemple sous le nom VLC (de l’anglais « Visible Light Communication » ou communication par la lumière visible), voire sous le nom de LiFi (de l’anglais Light Fidelity).

Ainsi, au-delà de la réalisation d’une ou plusieurs fonctions photométriques, comme un feu diurne ou un éclairage de type croisement, diverses fonctions peuvent être mises en œuvre par ce type de module lumineux. Par exemple, le module lumineux peut ainsi être intégré à un module d’émission capable de réaliser des fonctions de communication d’une séquence de données avec un autre véhicule ou avec une infrastructure qui est équipé d’un module de réception capable de démoduler le faisceau lumineux qu’il reçoit pour en extraire la séquence de données. Dans un autre exemple, le projecteur comportant le module d’émission peut être équipé d’un module de réception afin de recevoir le faisceau lumineux émis, après réflexion sur un objet au voisinage du véhicule. On peut alors, par démodulation et extraction de la séquence de données émises, déterminer le temps de vol du faisceau lumineux émis et donc évaluer la distance séparant le véhicule de l’objet.

Toutefois, ce type de système basé sur l’utilisation d’un module d’émission capable à la fois de réaliser une fonction lumineuse photométrique et une transmission de données présente un inconvénient. En effet, le module de réception destiné à recevoir le faisceau lumineux transportant les données, qu’il soit agencé dans le même véhicule ou dans un autre véhicule, doit comporter au moins un photodétecteur pour convertir ce faisceau lumineux en un signal électrique afin de démoduler ce signal et en extraire une séquence de données.

Or, dans certaines conditions, ce photodétecteur peut voir son rapport signal à bruit être fortement dégradé. C’est notamment le cas dans des conditions importantes d’ensoleillement. En effet, dans de telles conditions, l’éclairement du soleil, dans le spectre visible dans lequel opère la source lumineuse du module d’émission, peut être sensiblement supérieur à celui du faisceau lumineux reçu, de sorte à entrainer une saturation du photodétecteur. Dans cet état, le photodétecteur passe dans un état de fonctionnement non linéaire et se retrouve incapable de convertir de façon convenable le faisceau lumineux en un signal électrique qu’il soit possible de démoduler sans perte d’information.

Dans ce contexte, il a été imaginé d’employer des longueurs d’onde particulières, pour lesquelles l’éclairement normalisé du soleil est moins important, voire inexistant. C’est notamment le cas, dans le spectre visible, pour une plage de longueurs d’onde dans le bleu, comprise entre 430 nm et 460 nm, et, dans le cas du spectre infrarouge, pour différentes longueurs d’ondes, comme 850 nm, 1150 nm, 1400 nm et 1900 nm. Dès lors, si la source lumineuse du module d’émission émet un faisceau lumineux dont le pic se situe à l’une de ces longueurs d’onde, il est possible d’employer un filtre au niveau du module de réception qui supprime les bandes de longueurs dans lesquelles l’apport de la lumière du soleil est trop important, et de ne conserver qu’une bande réduite centrée sur cette longueur d’onde émise, ou l’apport de la lumière du soleil est moins important. On accroit ainsi le rapport signal à bruit.

Toutefois, cette solution présente un inconvénient. En effet, dans le cas où la source lumineuse est une source à semi-conducteur, il existe une pluralité de paramètres influant sur la longueur d’onde du pic émis. Par exemple, un changement de l’âge d’une diode électroluminescente ou de sa température de jonction peut provoquer une variation de cette longueur d’onde. De même, deux diodes issues d’un même procédé de fabrication peuvent présenter des caractéristiques différentes. Dès lors, deux diodes présentant des valeurs de BIN distinctes peuvent ainsi présenter des longueurs d’ondes de pic distinctes. Il peut donc apparaitre un décalage entre la longueur d’onde du pic de la source lumineuse du module d’émission et la bande étroite du filtre du module de réception, ce qui viendrait diminuer le rapport signal à bruit.

Il existe ainsi un besoin pour un système capable de transmettre une séquence de données, depuis un module d’émission intégrant un module lumineux participant à la réalisation d’une fonction photométrique vers un module d’acquisition, et dont le rapport signal à bruit soit optimal dans toutes les conditions météorologiques, y compris en cas d’ensoleillement important et en cas de variation de caractéristiques de la source lumineuse employée dans le module lumineux.

La présente invention se place dans ce contexte, et vise à répondre à ce besoin.

A ces fins, l’invention a pour objet un système d’un véhicule automobile, comportant :

1. un module d’émission comportant un module lumineux comportant une source lumineuse à semi-conducteur apte à émettre un faisceau lumineux dont le spectre présente un pic pour une longueur d’onde donnée,
2. un module de réception apte à recevoir un faisceau lumineux, dans lequel le module de réception comporte un module d’acquisition élémentaire comprenant un photodétecteur apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique, caractérisé en ce que le module de réception comporte un filtre optique de type passe-bande placé devant le photodétecteur, ledit filtre optique comportant deux lames semi-réfléchissantes agencées l’une en face de l’autre, et un dispositif de réglage de la distance séparant lesdites lames semi-réfléchissantes ;
3. un dispositif de contrôle apte à recevoir une valeur d’au moins un paramètre de la source lumineuse influant sur ladite longueur d’onde donnée, le dispositif de contrôle étant agencé pour contrôler le dispositif de réglage de la distance de sorte à asservir ladite distance à la ladite valeur du paramètre.

Dans l’invention, les lames semi-réfléchissantes sont disposées de façon parallèle, et forment un interféromètre de Fabry-Perrot. Ce dispositif permet de transmettre certaines longueurs d’onde seulement d’un faisceau lumineux incident, et réalise ainsi un filtre optique de type passe-bande. En outre, le coefficient de réflexion des lames semi-réfléchissantes et la distance séparant les lames permettent de définir la longueur d’onde du pic de transmission de ce filtre et la largeur de la bande-passante. En d’autres termes, selon l’invention, il est donc possible de modifier la longueur d’onde du pic de transmission du filtre optique en faisant varier cette distance au moyen du dispositif de réglage. Dans la mesure où le dispositif de contrôle reçoit une information sur un paramètre susceptible d’affecter la longueur d’onde du pic du spectre du faisceau lumineux émis par la source lumineuse du module d’émission, comme sa valeur de BIN, son âge ou sa température de jonction, le dispositif de contrôle peut alors adapter la longueur d’onde du pic de transmission du filtre optique pour la faire correspondre à la nouvelle valeur de la longueur d’onde du pic de la source lumineuse. On s’assure ainsi d’une correspondance entre le module d’émission et le module de réception et donc un maintien du rapport signal à bruit, quelles que soient les conditions de fonctionnement de la source lumineuse.

Dans la présente invention, on entend par « largeur d’une plage de longueur d’onde d’un filtre » une plage de longueur d’onde dans laquelle le coefficient de transmission du filtre est d’au moins 80%. Dans la présente invention, on entend par « pic de transmission d’un filtre » la longueur d’onde de la plage du filtre pour laquelle le coefficient de transmission du filtre est maximum. De préférence, le coefficient de transmission du filtre au pic de transmission pourra être supérieure à 95%.

Dans un mode de réalisation de l’invention, la source lumineuse à semi-conducteur est agencée de sorte que ladite longueur d’onde donnée soit comprise entre 430 et 460 nm.

Le semi-conducteur pourra par exemple être un nitrure de gallium, ou encore GaN, apte à émettre, par électroluminescence et en réponse à un courant électrique le traversant, des rayons de lumière bleue avec un pic d’émission compris entre 430 nm et 460 nm. L’élément photoluminescent pourra par exemple être sous la forme d’une résine comportant un grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au cérium, ou CE:YAG, apte à absorber de la lumière bleue et, par photoluminescence et en réponse à l’excitation réalisée par cette lumière, à émettre des rayons de lumière jaune. L’élément photoluminescent est disposé sur le générateur de sorte qu’une partie des rayons de lumière bleue excite cet élément pour qu’il émette, par photoluminescence des rayons de lumière jaune. L’autre partie des rayons de lumière bleue traverse cet élément. Ainsi, la source lumineuse émet simultanément, lorsqu’elle est alimentée électriquement, des rayons de lumière bleue et jaune, la lumière ainsi formée apparaissant blanche pour l’œil humain.

La source lumineuse pourra ainsi être une source de type laser, une diode électroluminescente, une diode laser à cavité verticale émettant par la surface, également appelée VCSEL (de l’anglais « Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser ») ou encore une diode superluminescente ou SLED (de l’anglais « Superluminescent diode »).

Dans un autre mode de réalisation de l’invention, la source lumineuse à semi-conducteur est agencée de sorte que ladite longueur d’onde donnée soit comprise dans le spectre infrarouge, c’est-à-dire soit strictement supérieure à 780 nm.

Avantageusement, le module lumineux pourra comporter une unité optique agencée pour projeter les rayons lumineux émis par la source lumineuse pour former ledit faisceau lumineux.

Avantageusement, les lames semi-réfléchissante sont agencées de sorte à former un interféromètre de Fabry-Perrot apte à transmettre une plage de longueurs d’onde, les lames semi-réfléchissantes étant agencées de sorte que la largeur de ladite plage soit sensiblement inférieure à 20 nm, notamment inférieure à 10 nm. En effet, la largeur de la plage transmise dépend essentiellement du coefficient de réflexion des lames, et donc de l’épaisseur du revêtement réfléchissant de chacune des lames. Plus le coefficient de réflexion est élevé, plus la plage transmise est étroite.

Dans un mode de réalisation de l’invention, le module de réception pourra comporter au moins un premier filtre optique de type passe-bande apte à transmettre une première plage de longueurs d’onde, la plage de longueurs d’onde transmise par l’interféromètre étant au moins partiellement comprise dans la première plage et étant sensiblement plus étroite que la première plage. Dans ce cas, le premier filtre permet de dégrossir le faisceau lumineux reçu en éliminant une partie conséquente du spectre de ce faisceau, sans toutefois que la bande-passante de ce filtre soit particulièrement étroite. Ce type de filtre peut être aisément réalisé à l’aide d’une lentille fabriquée dans un matériau absorbant, par exemple en étant teintée dans la masse. L’interféromètre vient ensuite affiner le faisceau lumineux reçu, en sélectionnant une bande étroite dans la bande-passante du premier filtre. Compte tenu du fait qu’une majeure partie du spectre a été éliminée par le premier filtre, la conception de l’interféromètre peut être simplifiée, sans que les performances de ce deuxième filtre en soit affectée.

Il est à noter qu’on pourra prévoir que le premier filtre soit agencé en amont de l’interféromètre ou inversement, sans sortir du cadre de la présente invention. De façon avantageuse, le premier filtre pourra être agencé en aval de l’interféromètre, l’interféromètre étant susceptible de laisser passer des ordres d’interférences résiduels qui seront alors filtrés par le premier filtre. On pourra également prévoir d’ajouter filtres venant encore rétrécir la bande du faisceau lumineux reçu.

Dans la présente invention, le premier filtre optique pourra être conçu pour présenter un coefficient de transmission d’au moins 80% dans la première plage, ou bande-passante, et un coefficient de transmission inférieur à 80% en dehors de la première plage. Le cas échéant, la première plage, c’est-à-dire la plage de longueurs d’onde pour laquelle le coefficient de transmission du premier filtre est supérieur ou égal à 80%, s’étend partiellement ou totalement dans le spectre visible, et pourra par exemple être la plage correspondant au violet et au bleu, le coefficient de transmission du premier filtre étant inférieur à 80% en dehors de cette plage et notamment inférieur à 40% dans le vert, le jaune, le rouge et l’infrarouge.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, le module de réception peut comporter une unité optique agencée devant le module d’acquisition élémentaire, l’unité optique comportant une lentille réalisée dans un matériau absorbant pour former le premier filtre optique. De préférence, l’unité optique présente un plan focal passant par le photodétecteur du module d’acquisition élémentaire.

La lentille pourra être réalisée dans un seul matériau, comme un verre ou un matériau thermoplastique, teinté ou coloré, pour former ledit premier filtre, ou elle pourra être réalisée dans une pluralité de matériaux, organisés par exemple en couches dont l’une au moins forme ledit premier filtre. Par exemple, le matériau absorbant de la lentille pourra être une composition de verre telle que décrite dans le brevet EP0481165.

Dans un exemple de réalisation de l’invention, le dispositif de contrôle comporte un capteur apte à estimer une température de jonction de la source lumineuse à semi-conducteur, et en ce que le dispositif de contrôle est agencé pour définir une consigne de distance à partir de la température de jonction estimée par le capteur et pour contrôler le dispositif de réglage de la distance avec ladite consigne de distance. Ledit capteur pourra être un capteur d’une température au voisinage ou environnante de la source lumineuse, comme une thermistance, ou en variante un capteur d’un paramètre électrique thermosensible de la source lumineuse, comme sa tension.

De façon alternative ou cumulative, le dispositif de contrôle pourra recevoir une valeur de BIN de température de couleur de la source lumineuse, par exemple stockée dans une mémoire du système, le dispositif de contrôle étant agencé pour définir une consigne de distance à partir de ladite valeur de BIN et pour contrôler le dispositif de réglage de la distance avec ladite consigne de distance.

Dans un exemple de réalisation de l’invention, ledit filtre optique est monté directement sur le photodétecteur. En variante, le module de réception comporte une unité optique agencée devant le module d’acquisition élémentaire, et ledit filtre optique est agencé dans l’unité optique.

Dans un exemple de réalisation, ledit dispositif de réglage comporte un actionneur piézoélectrique. Cet exemple trouve une application avantageuse lorsqu’aucun filtre optique additionnel n’est prévu en amont du filtre optique. En effet, la longueur de cohérence est telle qu’il est nécessaire de pouvoir régler la distance séparant les lames semi-réfléchissantes avec un pas de l’ordre du nanomètre. On notera qu’il peut être alors particulièrement avantageux, dans ce cas, de monter le filtre optique sur le photodétecteur, les rayons lumineux d’un faisceau lumineux incident étant focalisés au niveau du photodétecteur, ce qui rend plus aisé le réglage.

Dans un autre mode de réalisation, ledit dispositif de réglage comporte un moteur électrique. Cet exemple trouve une application avantageuse lorsqu’un filtre optique additionnel, comme le premier filtre, est prévu en amont du filtre optique. Dans ce cas, la longueur de cohérence est augmentée et la tolérance requise pour le réglage de la distance est de l’ordre du micromètre, voire du millimètre. On peut ainsi utiliser un moteur électrique de type pas à pas ou de type continu.

Dans un mode de réalisation de l’invention, le module de réception comporte une pluralité de modules d’acquisition élémentaires comprenant chacun un photodétecteur apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique.

Par exemple, l’ensemble des photodétecteurs peut former un capteur, par exemple un unique composant électronique.

Avantageusement, le photodétecteur du ou de chaque module d’acquisition élémentaire est une photodiode à avalanche. Ce type de photodétecteur est également connu sous le nom de SPAD, de l’anglais « Single-Photon Avalanche Diode ». L’ensemble des photodiodes à avalanche peut ainsi former un photomultiplicateur sur silicium ou SiPM (de l’anglais « Silicon PhotoMultiplier »). Ce type de photodétecteur permet de détecteur l’incidence d’un seul photon avec un gain important, par exemple de l’ordre de 10⁶, et donc de pallier les dégradations du rapport signal-à-bruit dues aux conditions externes ou encore aux absorptions des filtres.

Avantageusement, le module d’émission comporte une unité de modulation apte à recevoir une séquence de données et agencée pour moduler ledit faisceau lumineux émis à partir de la séquence de données reçues et le module de réception comporte une unité de démodulation reliée au photodétecteur et agencée pour extraire une séquence de données depuis un signal électrique converti par ce photodétecteur.

Avantageusement, l’unité de modulation est agencée pour générer un signal de contrôle modulé en largeur d’impulsion, pour moduler ledit signal de contrôle à partir de la séquence de données reçue et pour contrôler l’émission dudit faisceau lumineux par le module lumineux à partir du signal de contrôle modulé. Par exemple, l’unité de modulation pourra être agencée pour convertir ladite séquence de données reçue en un signal modulant et pour moduler, par exemple en amplitude, en fréquence ou en phase, le signal de contrôle avec ce signal modulant.

Avantageusement, le système comporte une unité de calcul agencée pour détecter, dans une séquence de données extraite par l’unité de démodulation depuis un signal électrique converti par le photodétecteur à partir d’un faisceau lumineux reçu par le module de réception, la présence d’une séquence de données modulant le faisceau lumineux émis par le module d’émission et pour déterminer un temps de vol séparant l’émission dudit faisceau lumineux émis de la réception dudit faisceau lumineux reçu.

Avantageusement, le module d’émission est agencé de sorte que le faisceau lumineux participe, totalement ou partiellement, à la réalisation d’une fonction photométrique réglementaire prédéterminée. Il pourra par exemple s’agit d’un feu diurne ou DRL (de l’anglais « Daytime Running Lamp »), lequel présente comme avantage d’être émis dans un champ large avec une intensité faible.

Avantageusement, le module de réception et le module d’émission sont agencés dans un projecteur avant du véhicule automobile.

La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention, et à partir des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent :

représente, schématiquement et partiellement, une vue d’un système d’un véhicule automobile selon un exemple de réalisation de l’invention ; et

représente, schématiquement et partiellement, un exemple de réalisation du module de réception du système de la .

Dans la description qui suit, les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.

On a représenté en un système 1 d’un véhicule automobile selon un exemple de réalisation de l’invention.

Le système 1 comporte un module d’émission 2 agencé pour émettre un faisceau lumineux F1 et un module de réception 3 destiné à recevoir un faisceau lumineux F2.

Dans l’exemple décrit, le module d’émission 2 et le module de réception 3 sont agencés dans un même projecteur avant du véhicule automobile. On pourra prévoir que les modules 2 et 3 soient agencés en différents endroits du véhicule automobile, sans sortir du cadre de la présente invention.

Le module d’émission 2 comporte un module lumineux 21 et une unité de modulation 22.

Le module lumineux 2 est agencé pour que le faisceau lumineux F1, qu’il émet, présente un spectre électromagnétique S dont au moins une portion est située dans le spectre visible. Comme représenté en , le spectre S présente un pic d’intensité P1, ou raie, dans le bleu compris entre 430 nm et 460 nm. On notera qu’il est possible que le spectre S présente d’autres pics d’intensité, dans le visible et/ou dans l’infrarouge.

Afin d’émettre ce faisceau lumineux F1, le module lumineux 21 comporte une source lumineuse 23 apte à émettre des rayons lumineux et une unité optique 24 agencée pour projeter ces rayons lumineux pour former le faisceau lumineux F1. Dans l’invention, l’unité optique 24 pourra indifféremment comporter un ou plusieurs réflecteurs, une ou plusieurs lentilles, un ou plusieurs diaphragmes ou un ou plusieurs collimateurs ou encore une combinaison de plusieurs de ces éléments optiques.

La source lumineuse 23 comporte par exemple un générateur à semi-conducteur (non représenté), par exemple un nitrure de gallium ou encore GaN, apte à émettre, par électroluminescence et en réponse à un courant électrique le traversant, des rayons de lumière bleue avec un pic d’émission compris entre 430 nm et 460 nm. La source lumineuse comporte également un élément photoluminescent, sous la forme d’une résine comportant un grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au cérium, ou CE:YAG, apte à absorber de la lumière bleue et, par photoluminescence et en réponse à l’excitation réalisée par cette lumière, à émettre des rayons de lumière jaune.

L’élément photoluminescent est disposé sur le générateur de sorte qu’une partie des rayons de lumière bleue excite cet élément pour qu’il émette, par photoluminescence des rayons de lumière jaune. L’autre partie des rayons de lumière bleue traverse cet élément. Ainsi, la source lumineuse 23 émet simultanément, lorsqu’elle est alimentée électriquement, des rayons de lumière bleue et jaune, la lumière ainsi formée apparaissant blanche pour l’œil humain.

Dans la mesure où le faisceau lumineux F1 est composé, partiellement ou totalement, de lumière blanche, il est possible d’employer ce faisceau lumineux F1 pour participer, partiellement ou totalement, à la réalisation d’une fonction photométrique, notamment réglementaire, prédéterminée. Dans ce cas, l’unité optique 24 est agencée pour mettre en forme ce faisceau lumineux F1 de sorte que sa distribution photométrique satisfasse les exigences de ladite fonction. On pourra par exemple prévoir que le faisceau lumineux F1 participe à la réalisation d’une fonction de type feu diurne, ou DRL.

En plus de cette fonction photométrique, le faisceau lumineux F1 permet au système 1 de réaliser des fonctions de détection et d’évaluation de la position d’un obstacle sur la route et/ou de communication avec un autre véhicule ou avec une infrastructure routière.

L’unité de modulation 22 est apte à recevoir une séquence de données, par exemple prédéterminée dans le cadre d’un usage de détection et d’évaluation de la position d’un obstacle, la séquence étant dans ce cas stockée dans une mémoire du système 1 (non représentée) ou, en variante, générée par un calculateur du système 1 (non représenté) pour communiquer avec un système identique à celui de la prévu dans un autre véhicule ou dans une infrastructure routière.

L’unité de modulation 22 est agencée pour moduler le faisceau lumineux F1 émis par le module lumineux 21, à partir de cette séquence de données, par exemple en contrôlant l’alimentation électrique fournie à la source lumineuse 23.

A ces fins, l’unité de modulation 22 comporte un générateur d’un signal de contrôle modulé en largeur d’impulsion. Ce signal de contrôle permet de contrôler une alimentation à découpage (non représenté) de la source lumineuse 23. De façon classique, le rapport cyclique de ce signal de contrôle, fixé par l’unité de modulation 22, permet ainsi de contrôler la puissance électrique moyenne fournie à la source lumineuse 23, et donc de contrôler l’intensité lumineuse du faisceau lumineux F1, de sorte à satisfaire les exigences de la fonction photométrique qu’il réalise.

Dans l’exemple décrit, l’unité de modulation 22 est agencée pour convertir la séquence de données en un signal modulant et pour moduler le signal de contrôle initial à l’aide de ce signal modulant. On notera que plusieurs types de modulation peuvent être indifféremment employés dans le cadre de la présente invention, et notamment une modulation tout-ou-rien (ou OOK de l’anglais « On Off Keying »), une modulation en codage d’impulsion (ou PCM de l’anglais « Pulse Code Modulation »), une modulation en amplitude d’impulsion (ou PAM de l’anglais « Pulse Amplitude Modulation »), une modulation en largeur d’impulsion (ou PWM de l’anglais « Pulse Width Modulation ») ou encore une modulation en position d’impulsion (ou PPM de l’anglais « Pulse Position Modulation »).

Dans le cas d’un usage de détection et d’évaluation de la position d’un obstacle, on pourra prévoir que la séquence de données soit un signal binaire présentant différentes caractéristiques prédéterminées, comme notamment un pic d’autocorrélation pour un décalage temporel nul et/ou des valeurs d’autocorrélation faibles pour un décalage temporel non nul et/ou une longueur importante, ces caractéristiques permettant d’améliorer le rapport signal à bruit du système, et/ou un poids de Hamming tel que le niveau d’intensité lumineuse moyen du faisceau lumineux émis reste sensiblement inchangé lors de sa modulation avec la séquence de données. Une telle séquence pourra par exemple être générée au moyen d’un algorithme de génération de code aléatoire ou de code pseudo aléatoire.

Le faisceau lumineux F1 ainsi émis est composé d’un train d’impulsions lumineuses se succédant avec une fréquence suffisamment élevée, par exemple supérieure à de 30 MHz, notamment comprise entre 50 MHz et 100 MHz, pour que l’œil humain ne les distingue plus. Par ailleurs, l’amplitude, la largeur et/ou la position de chaque impulsion au regard de la période permet au faisceau lumineux F1 de transporter la séquence de données vers le module de réception 3.

Le module de réception 3 comporte une unité optique 31, en aval de laquelle sont prévus une pluralité de modules d’acquisition élémentaires 32. Le module de réception 3 comporte par ailleurs une unité de démodulation 33.

Chacun des modules d’acquisition élémentaires 32 comporte un photodétecteur 32a. Le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 est ainsi concentré par l’unité optique 31 sur l’un ou plusieurs des photodétecteurs 32a.

Le faisceau lumineux F2 correspond à la réflexion du faisceau lumineux F1 émis par le module d’émission 2, par un obstacle ou un objet situé dans l’environnement du véhicule, vers le module de réception 3.

Les photodétecteurs 32a sont identiques et sont chacun formés par une photodiode à avalanche d’un photomultiplicateur sur silicium. Ces photodiodes sont réparties de façon matricielle. On notera que les dimensions des photodétecteurs 32a sont de l’ordre du micromètre. L’ensemble forme ainsi un capteur dont la résolution spatiale de réception est de l’ordre de 0,1°, et dont les capacités de détection, du fait de l’utilisation de photodiodes à avalanche, sont particulièrement importantes, même en cas de conditions d’acquisition dégradées.

Chacun des photodétecteurs convertit la portion du faisceau lumineux F2 qu’il reçoit, en un signal électrique qu’il transmet à l’unité de démodulation 33, laquelle peut alors en extraire une séquence de données.

Dans le cas où le système 1 met en œuvre une fonction de communication, cette séquence de données peut alors être transmise à un calculateur du véhicule pour y être interprétée, décodée et/ou transmise à un équipement ou à un utilisateur du véhicule.

Dans le cas où le système 1 met en œuvre une fonction de détection et d’évaluation de la position d’un objet ou d’un obstacle, cette séquence de données peut être transmise à une unité de calcul 4 du système 1. Cette unité de calcul 4 peut ainsi y détecter la présence d’une séquence de données prédéterminée avec laquelle l’unité de modulation 22 à moduler le faisceau lumineux F1 émis par le module lumineux 21. Dans ce cas, l’unité de calcul peut déterminer un temps de vol séparant l’émission du faisceau lumineux F1 de la réception du faisceau lumineux F2.

Lorsque les conditions d’ensoleillement au voisinage du véhicule sont particulièrement importantes, la lumière du soleil vient ainsi s’ajouter au faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3. L’éclairement du soleil, dans le spectre visible, est sensiblement supérieur à celui d’une fonction photométrique comme un feu diurne. Dès lors, le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 se compose d’une part du faisceau lumineux F1 émis par le module d’émission 2, ou par un autre module d’émission semblable, et de la lumière solaire. Les niveaux d’intensité de ce faisceau F2 dépassent largement ceux du faisceau F1 pour les plages de longueur d’onde du domaine visible.

En revanche, l’éclairement du soleil, dans le spectre visible, est sensiblement supérieur à celui d’une fonction photométrique comme un feu diurne. En revanche, du fait de l’absorption d’une partie de la lumière par les couches atmosphériques, il existe des creux dans le spectre solaire dans lesquels l’éclairement est plus faible, voire nul. C’est notamment le cas dans le spectre visible, pour la plage de longueurs d’onde compris entre 430 nm et 460 nm, ou pour certaines plages de longueur d’onde dans le spectre infrarouge.

A cet effet, le module de réception 3 comporte un filtre optique 34 de type bande-passante qui permet de minimiser l’influence du soleil sur le faisceau F2, en éliminant toutes les longueurs d’ondes du faisceau F2 à l’exception d’une plage comportant la longueur d’onde du pic du spectre du faisceau lumineux émis F1. De la sorte, la quantité de lumière du soleil contenue dans la portion filtrée du faisceau lumineux F2 qui est reçue par les photodétecteurs est minimisée, de sorte qu’on évite ainsi une saturation de ces photodétecteurs 32a et qu’on augmente le rapport signal à bruit du système.

On notera par ailleurs que, dans le cas où la bande-passante du filtre 34 se situe dans le bleu et/ou le violet, le filtre 34 permet alors de ne conserveur que la composante du faisceau F2 correspondant aux rayons de lumière émis en premier par la source lumineuse 23, les rayons de lumière jaune étant émis avec un temps de réponse plus important compte tenu du délai introduit par la photoluminescence. Dès lors, dans la mesure où la détection est réalisée uniquement à partir de la lumière bleue reçue par le module de réception 3, on vient ainsi améliorer la résolution d’évaluation du temps de vol du faisceau lumineux F2 et/ou le débit de transmission de données entre un module d’émission et le module de réception 3.

En lien avec la , on va maintenant décrire un mode de réalisation du filtre 34 et de son intégration dans le module de réception 3.

Comme représenté en , l’unité optique 31 comporte une pluralité de lentilles dont trois lentilles 51 réalisée dans un matériau transparent ou translucide ainsi qu’une lentille 52 réalisée dans un matériau absorbant pour former un premier filtre optique de type passe-bande apte à transmettre une première plage de longueurs d’onde.

On notera que le nombre de lentilles, le profil des lentilles et les positions respectives des lentilles illustrés en constituent un exemple non limitatif de l’invention et qu’on pourra faire varier ce nombre, ces profils et ces positions sans sortir du cadre de la présente invention.

Dans l’exemple décrit, cet ensemble de lentilles 51 et 52 présente un plan focal passant par les photodétecteurs 32a des modules d’acquisition élémentaires 32.

Le matériau absorbant de la lentille 52 est un verre teinté qui a été sélectionné de sorte que le premier filtre optique présente un coefficient de transmission d’au moins 80% dans la première plage de longueurs d’onde entre 400 nm et 500 nm et un coefficient de transmission inférieur à 80% en dehors de cette première plage.

Le filtre 34 est agencé au sein de cet ensemble de lentilles 51 et 52, par exemple entre la lentille 52 et la dernière lentille 51.

Le filtre 34 comporte deux lames semi-réfléchissantes 34a, agencées parallèles entre elles et avec les photodétecteurs 34, chaque lame étant ainsi agencée de façon normale à l’axe optique de l’unité optique 31.

Dans l’exemple décrit, chaque lame 34a est une lame réalisée dans un matériau transparent, comme du verre ou un polymère plastique, et dont une des faces a été revêtue d’une couche mince d’un matériau réfléchissant, comme de l’aluminium. L’épaisseur de la couche mince permet de contrôler le coefficient de réflexion de la lame 34a.

Les faces des lames 34a pourvues du revêtement réfléchissant se faisant face, les lames 34a forment ainsi un interféromètre de Fabry-Perrot. Chaque rayon lumineux du faisceau lumineux F2 qui l’atteint est ainsi réfléchi plusieurs fois entre les deux lames 34a, chaque rayon ressortant partiellement de l’interféromètre, notamment en direction des photodétecteurs 32a, en interférant entre eux. Or, seules certaines longueurs d’onde sont transmises en dehors de l’interféromètre, ce qui permet à ce dernier de former le filtre 34 de type bande-passante.

Le pic de transmission du filtre 34 est notamment fonction de la distance d séparant les deux lames 34a, tandis que la largeur de la bande-passante est notamment fonction du coefficient de réflexion des lames 34a.

L’épaisseur des couches minces de matériau réfléchissant est ainsi choisie de sorte que la largeur de la bande-passante du filtre 34 soit inférieure à 20 nm.

Par ailleurs, plusieurs paramètres peuvent influer sur la longueur d’onde du pic du spectre du faisceau lumineux émis par la source lumineuse 23 du module d’émission 2, comme sa valeur de BIN, son âge ou sa température de jonction.

Par exemple, deux sources lumineuses à semi-conducteur issues d’un même procédé de fabrication peuvent présenter des longueurs d’ondes de leur pic sensiblement différentes, du fait des tolérances de fabrication, et se voir ainsi attribuer une valeur de BIN de température de couleur différente.

Par exemple encore, la longueur d’onde du pic d’une source lumineuse à semi-conducteur peut varier selon la température de jonction de cette source lumineuse, la longueur d’onde augmentant avec cette température dans une plage de 5 à 40 nm.

Par exemple encore, la longueur d’onde du pic d’une source lumineuse à semi-conducteur peut varier avec l’âge de cette source lumineuse et son nombre de cycles de fonctionnement.

Dès lors, selon les conditions de fonctionnement et de production du module d’émission, il peut exister un décalage entre la longueur d’onde du pic du spectre du faisceau lumineux émis par la source lumineuse 23 du module d’émission 2 et la longueur d’onde du pic de transmission du filtre 34.

Afin de conserver la correspondance entre ces longueurs d’ondes, le module de réception 3 comporte un dispositif de réglage 34b de la distance d séparant les deux lames 34a, et donc de la longueur d’onde du pic de transmission du filtre 34, comme indiqué ci-dessus.

Dans la mesure où le filtre 34 est disposé, vis-à-vis des photodétecteurs 32a, à une distance supérieure à la longueur de cohérence de de la lumière composant le faisceau lumineux reçu F2 après passage au travers du premier filtre 52, le pas de réglage de la distance d peut être de l’ordre du micromètre, voire du millimètre.

On pourra ainsi envisager une conception simple du dispositif de réglage 34b, par exemple en montant l’une des lames 34a de façon mobile vis-à-vis de l’autre des lames, via des rails coulissants par exemple, le dispositif de réglage 34b comportant alors un actionneur électrique, de type moteur pas-à-pas adapté pour provoquer un déplacement de cette lame mobile 34a pour que la distance d entre les lames 34a corresponde à une consigne reçue par le dispositif de réglage 34b.

On notera qu’il est possible, de façon alternative, de ne pas employer de premier filtre optique en amont du filtre 34 et de monter le filtre 34 directement sur les photodétecteurs 32a. Dans ce cas, le pas de réglage de la distance d sera de l’ordre du nanomètre. Il sera alors possible d’employer un actionneur piézoélectrique pour le dispositif de réglage 34b.

Par ailleurs, le système 1 comporte un dispositif de contrôle 5 du dispositif de réglage 34b. Ce système 1 est apte à recevoir une valeur d’au moins un paramètre de la source lumineuse 23 influant sur ladite longueur d’onde donnée.

Par exemple, le dispositif de contrôle 5 peut comporter une thermistance 23a agencée au voisinage de la source lumineuse 23, voire au contact de la source lumineuse 23. Cette thermistance 23a peut ainsi estimer une température de jonction de la source lumineuse 23. En variante, le dispositif de contrôle 5 pourra comporter un capteur d’un paramètre électrique thermosensible de la source lumineuse 23, comme sa tension, afin d’estimer la température de jonction de la source lumineuse 23 à partir d’une valeur captée dudit paramètre.

De façon alternative ou cumulative, le dispositif de contrôle 5 pourra recevoir une valeur de BIN de température de couleur de la source lumineuse 23 et/ou encore une valeur d’un compteur du nombre de cycles de fonctionnement de la source lumineuse 23.

A la réception de la valeur du ou des paramètres de la source lumineuse 23 influant sur ladite longueur d’onde donnée, le dispositif de contrôle 5 peut alors estimer la longueur d’onde réelle du pic du spectre du faisceau lumineux F1 et en déduire une consigne de distance d permettant de définir une valeur de longueur d’onde du pic de transmission du filtre 34 correspondant à cette longueur d’onde réelle.

Le dispositif de contrôle 5 contrôle alors le dispositif de réglage 34b avec cette consigne de distance d. Cette consigne de distance d sera ainsi mise-à-jour par le dispositif de contrôle pour toute évolution de la valeur du ou des paramètres concernés. En d’autres termes, on réalise ainsi un asservissement de ladite distance d à la valeur du ou des paramètres concernés, de sorte que le filtre 34 soit systématiquement en correspondance avec la longueur d’onde réelle du pic du spectre du faisceau lumineux F1.

La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, à savoir fournir un système d’un véhicule automobile capable de réaliser des fonctions de communication ou de détection à partir de lumière visible et dont le rapport signal à bruit soit optimal quelles que soient les conditions météorologiques, y compris en cas d’ensoleillement important et en cas de variation de caractéristiques de la source lumineuse employée. Ces objectifs sont notamment atteints à l’aide d’un module de réception équipé d’un filtre passe-bande, à bande étroite et dont la longueur d’onde du pic de transmission est asservi aux paramètres de la source lumineuse d’un module d’émission susceptible de faire varier la longueur d’onde du pic de spectre du faisceau émis.

En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. En particulier, on pourra prévoir d’employer d’autres types de source lumineuse que celui décrit, comme une diode laser, une VCSEL ou une SLED. On pourra encore prévoir de réaliser d’autres fonctions photométriques que celle décrite, et notamment des fonctions d’éclairage de type croisement ou des fonctions de signalisation de type feu de position. On pourra encore prévoir d’autres configurations du dispositif de réglage de la distance entre les lames et/ou d’autres agencement du filtre optique au sein du module de réception. On pourra également prévoir d’autres matériaux pour réaliser la lentille ou l’élément optique permettant d’obtenir les mêmes plages de longueurs d’onde ou d’autres plages de longueurs d’onde.

Claims (11)

1. Système (1) d’un véhicule automobile, comportant :

   1. un module d’émission (2) comportant un module lumineux (21) comportant une source lumineuse à semi-conducteur (23) apte à émettre un faisceau lumineux (F1) dont le spectre présente un pic (P1) pour une longueur d’onde donnée,
   2. un module de réception (3) apte à recevoir un faisceau lumineux (F2), dans lequel le module de réception comporte un module d’acquisition élémentaire (32) comprenant un photodétecteur (32a) apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique, caractérisé en ce que le module de réception comporte un filtre optique (34) de type passe-bande placé devant le photodétecteur (32a), ledit filtre optique comportant deux lames semi-réfléchissantes (34a) agencées l’une en face de l’autre, et un dispositif de réglage (34b) de la distance (d) séparant lesdites lames semi-réfléchissantes ;
   3. un dispositif de contrôle (5) apte à recevoir une valeur d’au moins un paramètre de la source lumineuse influant sur ladite longueur d’onde donnée, le dispositif de contrôle étant agencé pour contrôler le dispositif de réglage de la distance de sorte à asservir ladite distance à la ladite valeur du paramètre.
2. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel la source lumineuse à semi-conducteur (23) est agencée de sorte que ladite longueur d’onde donnée soit comprise entre 430 et 460 nm.
3. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les lames semi-réfléchissante (34a) sont agencées de sorte à former un interféromètre de Fabry-Perrot apte à transmettre une plage de longueurs d’onde, les lames semi-réfléchissantes étant agencées de sorte que la largeur de ladite plage soit sensiblement inférieure à 20 nm.
4. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (5) comporte un capteur (23a) apte à estimer une température de jonction de la source lumineuse à semi-conducteur, et en ce que le dispositif de contrôle (5) est agencé pour définir une consigne de distance (d) à partir de la température de jonction estimée par le capteur et pour contrôler le dispositif de réglage (34b) de la distance avec ladite consigne de distance.
5. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit filtre optique (34) est monté directement sur le photodétecteur (32a), et en ce que ledit dispositif de réglage (34b) comporte un actionneur piézoélectrique.
6. Système (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le module de réception (3) comporte une unité optique (31) agencée devant le module d’acquisition élémentaire (32), en ce que ledit filtre optique est agencé dans l’unité optique, et en ce que ledit dispositif de réglage (34b) comporte un moteur électrique.
7. Système (1) selon l’une revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d’émission (2) comporte une unité de modulation (22) apte à recevoir une séquence de données et agencée pour moduler ledit faisceau lumineux émis (F1) à partir de la séquence de données reçues et en ce que le module de réception (3) comporte une unité de démodulation (33) reliée au photodétecteur (32a) et agencée pour extraire une séquence de données depuis un signal électrique converti par ce photodétecteur.
8. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’unité de modulation (22) est agencée pour générer un signal de contrôle modulé en largeur d’impulsion, pour moduler ledit signal de contrôle à partir de la séquence de données reçue et pour contrôler l’émission dudit faisceau lumineux (F1) par le module lumineux (21) à partir du signal de contrôle modulé.
9. Système (1) selon l’une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de calcul (4) agencée pour détecter, dans une séquence de données extraite par l’unité de démodulation (33) depuis un signal électrique converti par le photodétecteur (32a) à partir d’un faisceau lumineux (F2) reçu par le module de réception (3), la présence d’une séquence de données modulant le faisceau lumineux (F1) émis par le module d’émission (2) et pour déterminer un temps de vol séparant l’émission dudit faisceau lumineux émis de la réception dudit faisceau lumineux reçu.
10. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le module d’émission (2) est agencé de sorte que le faisceau lumineux (F1) participe, totalement ou partiellement, à la réalisation d’une fonction photométrique réglementaire prédéterminée
11. Système lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en que le module de réception (3) et le module d’émission (2) sont agencés dans un projecteur avant du véhicule automobile.