FR3143769A1 - Système pour véhicule comprenant un module de réception d’un faisceau lumineux - Google Patents

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FR2213958A
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Pierre Renaud
Mickael Mimoun
Sid Ahmed BEDDAR
Matheo GOURDON
Geoffrey PIQUARD
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Valeo Vision SAS
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Abstract

L’invention concerne un système (1) pour véhicule (2) comprenant :- un module de réception (11) d’un faisceau lumineux (Fx’), ledit module de réception (11) comprenant un photodétecteur (111), Caractérisé en ce que : - (a) ledit module de réception (11) comprend deux éléments optiques (110) configurés pour :- recevoir ledit faisceau lumineux (Fx’) issu d’un faisceau lumineux initial (Fx) généré par un module d’émission (10), - couper ledit faisceau lumineux (Fx’) sur une première plage de longueurs d’ondes et sur une deuxième plage de longueurs d’ondes, et - transmettre audit photodétecteur (111) ledit faisceau lumineux (Fx’) sur une plage de longueurs d’ondes (LP) comprise entre 435 et 455 nanomètres, et en ce que :- (b) ledit photodétecteur (111) est agencé de sorte à avoir une sensibilité maximale dans les longueurs d’ondes bleues et est configuré pour convertir ledit faisceau lumineux (Fx’) reçu en un signal électrique (7). Figure pour abrégé : Fig. 1

Description

Système pour véhicule comprenant un module de réception d’un faisceau lumineux
La présente invention se rapporte à un système pour véhicule comprenant un module de réception d’un faisceau lumineux. Elle trouve une application particulière mais non limitative dans la détection d’un objet cible se trouvant devant un véhicule automobile, ou encore dans la transmission de données d’un véhicule automobile à l’autre ou d’un véhicule automobile à une infrastructure routière.
Dans le domaine des véhicules automobiles, un système pour véhicule, connu de l’homme du métier, comprend un module de réception d’un faisceau lumineux qui comprend au moins un photodétecteur, ce dernier étant configuré pour transformer le faisceau lumineux en un signal électrique correspondant. Dans le cadre de la détection d’un objet cible, une unité de calcul est configurée pour détecter la présence ou l’absence d’un objet cible à partir de ce signal électrique transmis par ledit au moins un photodétecteur. Dans le cadre de la transmission de données, une unité de calcul est configurée pour détecter les données transmises à partir de ce signal électrique transmis par ledit au moins un photodétecteur.
Un inconvénient de cet état de la technique est que dans certaines conditions, le photodétecteur peut voir son rapport signal sur bruit être fortement dégradé. C’est notamment le cas dans des conditions importantes d’ensoleillement ou de lumière environnante. En effet, dans de telles conditions, l’éclairement du soleil ou de la lumière environnante, peut entraîner une saturation du photodétecteur. Le signal électrique (contenant l’information nécessaire à la détection d’un objet cible ou à la communication avec un autre véhicule ou une infrastructure routière) transmis par le photodétecteur sera noyé dans le bruit généré par la lumière du soleil ou la lumière environnante.
Dans ce contexte, la présente invention vise à proposer un système pour véhicule configuré qui permet de résoudre l’inconvénient mentionné.
A cet effet, l’invention propose un système pour véhicule comprenant :
- un module de réception d’un faisceau lumineux, ledit module de réception comprenant au moins un photodétecteur,
Caractérisé en ce que :
- (a) ledit module de réception comprend en outre au moins deux éléments optiques configurés pour :
- recevoir ledit faisceau lumineux issu d’un faisceau lumineux initial généré par un module d’émission,
- couper ledit faisceau lumineux sur une première plage de longueurs d’ondes et sur une deuxième plage de longueurs d’ondes, et
- transmettre audit au moins un photodétecteur ledit faisceau lumineux sur une plage de longueurs d’ondes comprise entre 435 et 455 nanomètres,
et en ce que :
- (b) ledit au moins un photodétecteur est agencé de sorte à avoir une sensibilité maximale dans les longueurs d’ondes bleues et est configuré pour recevoir ledit faisceau lumineux sur ladite plage de longueurs d’ondes (LP) et pour le convertir en un signal électrique correspondant.
Ainsi, comme on le verra en détail par la suite, la combinaison du filtrage par les deux éléments optiques et l’utilisation d’un photodétecteur insensible aux infrarouges va permettre d’augmenter le ratio signal sur bruit du faisceau lumineux, le bruit étant la lumière du soleil.
Selon des modes de réalisation non limitatifs, ledit système pour véhicule peut comporter en outre une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, parmi les suivantes.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit au moins un détecteur comprend une jonction PN avec une bande interdite comprise entre 3 électronvolts et 2.5 électronvolts.
Selon un mode de réalisation non limitatif,
- l’un des éléments optiques comprend une première lentille et un filtre passe-bas associé configuré pour couper le faisceau lumineux sur la première plage de longueurs d’ondes, et
- l’autre des éléments optiques comprend une deuxième lentille et un filtre passe-haut associé configuré pour couper le faisceau lumineux sur la deuxième plage de longueurs d’ondes.
Selon un mode de réalisation non limitatif,
- l’un des éléments optiques est une première lentille à propriété d’absorption spectrale passe-haut configurée pour couper le faisceau lumineux sur la première plage de longueurs d’ondes, et
- l’autre des éléments optiques est une deuxième lentille à propriété d’absorption spectrale passe-bas configurée pour filtrer le faisceau lumineux sur la deuxième plage de longueurs d’ondes.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la première plage de longueurs d’ondes est comprise entre 455 nanomètres et 650 nanomètres.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la deuxième plage de longueurs d’ondes est comprise entre 380 nanomètres et 435 nanomètres.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit système comprend en outre un module d’émission (10) comprenant un module lumineux configuré pour émettre ledit faisceau lumineux initial en partie dans la lumière visible.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit module d’émission comprend en outre une unité de modulation configurée pour générer un signal modulé pour piloter l’émission dudit faisceau lumineux initial.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit module lumineux comprend au moins une source de lumière configurée pour émettre ledit faisceau lumineux initial pour réaliser une fonction photométrique d’éclairage et/ou de signalisation ou de feu diurne.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit module d’émission fait partie d’un projecteur ou d’un feu arrière dudit véhicule.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit faisceau lumineux est un faisceau lumineux réfléchi sur au moins un objet cible se trouvant dans un champ de vision dudit faisceau lumineux initial.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit module de réception comprend en outre une unité de démodulation configurée pour démoduler le signal électrique et transmettre ledit signal électrique démodulé à une unité de calcul, et selon lequel ladite unité de calcul est configurée pour à partir dudit signal électrique démodulé, effectuer une corrélation entre ledit signal électrique démodulé et ledit signal modulé pour en déduire la présence dudit au moins un objet cible.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit module d’émission fait partie d’un autre véhicule ou d’une infrastructure routière.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit faisceau lumineux transporte une séquence de données.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit module de réception comprend en outre une unité de démodulation configurée pour démoduler le signal électrique et en extraire ladite séquence de données pour l’utiliser pour une communication avec ledit autre véhicule ou ladite infrastructure routière.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent :
illustre une architecture schématique d’un système pour véhicule selon un premier mode de réalisation non limitatif de l’invention, ledit système comprenant un module de réception avec au moins deux éléments optiques et au moins un photodétecteur, ledit module de réception étant configuré pour recevoir un faisceau lumineux issu d’un faisceau lumineux initial d’un module d’émission, ce dernier faisant partie dudit système,
illustre une architecture schématique d’un système pour véhicule selon un deuxième mode de réalisation non limitatif de l’invention, ledit système comprenant un module de réception avec au moins deux éléments optiques et au moins un photodétecteur, ledit module de réception étant configuré pour recevoir un faisceau lumineux issu d’un faisceau lumineux initial d’un module d’émission, ce dernier étant externe audit système,
illustre une architecture schématique desdits au moins deux éléments optiques du module de réception de la ou de la , selon un premier mode de réalisation non limitatif,
illustre une architecture schématique desdits au moins deux éléments optiques du module de réception de la ou de la , selon un deuxième mode de réalisation non limitatif,
illustre schématiquement une jonction PN dudit au moins un photodétecteur de la ou de la , selon un mode de réalisation non limitatif,
illustre schématiquement et partiellement, un spectre d’intensité de la lumière d’un faisceau lumineux généré par le module de réception de la ou de la , ledit spectre d’intensité étant superposé à un spectre d’irradiance solaire.
Les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.
Le système de détection 1 pour véhicule selon l’invention est décrit en référence aux figures 1 à 6. Dans un mode de réalisation non limitatif, le véhicule 2 est un véhicule automobile. Par véhicule automobile, on entend tout type de véhicule thermique ou électrique. Ce mode de réalisation est pris comme exemple non limitatif dans la suite de la description. Dans la suite de la description, le véhicule 2 est ainsi autrement appelé véhicule automobile 2.
Tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, le système 1 comprend un module de réception 11.
Dans un premier mode de réalisation non limitatif illustré sur la , le système 1 comprend en outre un module d’émission 10. Dans ce cas, le module de réception 11 et le module d’émission 10 font partie d’un projecteur avant ou d’un feu arrière du véhicule automobile 2. Dans ce cas, dans un exemple non limitatif, le système 1 est utilisé pour la détection d’un objet cible 3.
Dans un deuxième mode de réalisation non limitatif illustré sur la , le système 1 ne comprend pas le module d’émission 10. Dans ce cas, le module d’émission 10 fait partie d’un autre véhicule 4 ou d’une infrastructure routière (non illustrée). Dans ce cas, dans un exemple non limitatif, le système 1 est utilisé pour la transmission de données du véhicule automobile 2 à un autre véhicule 4 ou à une infrastructure routière. Sur la , l’exemple non limitatif d’un autre véhicule 4 a été illustré. Il peut être remplacé par une infrastructure routière.
Dans un mode de réalisation non limitatif, le projecteur avant ou feu arrière comprend une glace de sortie 15 (illustrée sur les figures 3 et 4). Dans un mode de réalisation non limitatif, la glace de sortie 15 comprend un traitement anti-UV pour couper les UV (entre 300 et 400 nanomètres) provenant de la lumière du soleil.
Le module d’émission 10 est décrit ci-après.
Le module d’émission 10 comprend un module lumineux 100 configuré pour émettre un faisceau lumineux initial Fx en partie dans la lumière visible (qui comprend une composante bleue, jaune, et rouge). Le faisceau lumineux initial Fx permet de réaliser une fonction photométrique dénommée fonction f. Dans un mode de réalisation non limitatif, la fonction photométrique est une fonction d’éclairage et/ou de signalisation ou de feu diurne.
Afin d’émettre le faisceau lumineux initial Fx, le module lumineux 100 comprend au moins une source de lumière 100.1 configurée pour émettre des rayons lumineux pour former ledit faisceau lumineux initial Fx. Les rayons lumineux sont des rayons lumineux bleus et jaunes, la lumière ainsi formée étant de la lumière visible qui apparait blanche pour l’œil humain. Les rayons lumineux bleus peuvent être convertis en rayons lumineux infrarouges par des moyens connus de l’homme du métier.
Ainsi, le faisceau lumineux initial Fx émis par la source de lumière 100.1 présente ainsi un spectre électromagnétique dont au moins une portion est située dans le spectre visible, le reste étant dans l’infrarouge. Le spectre électromagnétique présente un pic d’intensité B1 dans le bleu (illustré sur la ). Il présente d’autres pics d’intensité moins importants dans le visible et l’infrarouge.
Dans un mode de réalisation non limitatif, la source de lumière 100.1 est une source lumineuse à semi-conducteur. Dans un mode de réalisation non limitatif, ladite source lumineuse à semi-conducteur fait partie d’une diode électroluminescente. Par diode électroluminescente, on entend tout type de diodes électroluminescentes, que ce soit dans des exemples non limitatifs des LED (« Light Emitting Diode » en anglais), des OLED (« organic LED » en anglais), des AMOLED (« Active-Matrix-Organic LED » en anglais), ou encore des FOLED (« Flexible OLED » en anglais). Dans d’autres modes de réalisation non limitatifs, ladite source lumineuse 100.1 est une source de type laser telle qu’une diode laser VCSEL ( « Vertical Cavity Surface Emitting Laser » en anglais) ou encore une diode super luminescente SLED (« Superluminescent Diode » en anglais).
Dans un mode de réalisation non limitatif, le module d’émission 10 comprend en outre une unité de modulation 102 configurée pour générer un signal modulé 6 pour piloter l’émission dudit faisceau lumineux initial Fx. Dans un mode de réalisation non limitatif, le signal modulé 6 est un signal modulé à largeur d’impulsion de type PMW (« Pulse Width Modulation » en anglais) connu de l’homme du métier. Bien entendu, d’autres types de signal modulé 6 peuvent être utilisé tel qu’un signal de type PCM (« Pulse Code Modulation » en anglais), PAM (« Pulse Amplitude Modulation » en anglais), ou encore PPM (« Pulse Position Modulation » en anglais).
Dans le cadre de la détection d’un objet cible 3, lorsque le faisceau lumineux Fx initial est émis, s’il existe un ou plusieurs objets cibles 3 dans le champ de vision du faisceau lumineux initial Fx, le faisceau lumineux initial Fx se réfléchit sur le ou les objets cibles 3 et génère un faisceau lumineux Fx’. Ce dernier est reçu par le module de réception 11 du système 1.
Dans le cadre de la transmission de données entre le véhicule automobile 2 et un autre véhicule ou une infrastructure routière, le faisceau lumineux initial Fx est directement transmis au module de réception 11. Ainsi, dans ce cas, le faisceau lumineux Fx’ reçu par le module de réception 11 est le faisceau lumineux initial Fx. Le faisceau lumineux initial Fx transporte dans ce cas une séquence de données D (illustrée sur la ) qui va servir pour la communication entre le véhicule automobile 2 et un autre véhicule 4 ou une infrastructure routière. Il permet ainsi de réaliser sa fonction photométrique f, mais également de réaliser le transport de la séquence de données.
Le module de réception 11 est ainsi configuré pour :
- recevoir le faisceau lumineux Fx’ issu du faisceau lumineux initial Fx.
A cet effet, tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, le module de réception 11 comprend :
- au moins deux éléments optiques 110, et
- au moins un photodétecteur 111.
Les deux éléments optiques 110 sont placés devant ledit au moins un photodétecteur 111.
Les deux éléments optiques 110 sont configurés pour recevoir le faisceau lumineux Fx’ et pour filtrer le faisceau lumineux Fx’ sur une plage de longueurs d’ondes LP de 435 et 455 nanomètres de sorte à obtenir un faisceau lumineux Fx’ centré sur la lumière bleue. Ils sont ainsi configurés pour transmettre au photodétecteur 111 le faisceau lumineux Fx’ sur cette plage de longueurs d’ondes LP. Cela permet de se focaliser autour de lumière bleue du faisceau lumineux Fx’ issu du faisceau lumineux initial Fx, où l’intensité est la plus forte par rapport aux autres composantes de la lumière blanche et de la lumière infrarouge.
Du fait de la lumière du soleil ou de la lumière environnante, les deux étant autrement appelées lumière parasite, le module de réception 11 reçoit également cette lumière du soleil ou cette lumière environnante, autrement appelée lumière ambiante. La lumière environnante est dans des exemples non limitatifs issue d’un projecteur avant d’un autre véhicule ou d’un train. On aura ainsi une superposition du faisceau lumineux Fx’ et de la lumière du soleil ou de la lumière environnante. La illustre le spectre d’irradiance du soleil Fxs superposé au spectre d’intensité du faisceau lumineux Fx’ qui est issu du faisceau lumineux initial Fx. On notera qu’en abscisse se trouvent les longueurs d’ondes et qu’en ordonnée se trouve une intensité relative.
Le fait de filtrer le faisceau lumineux Fx’ sur la plage de longueurs d’ondes de 435 et 455 nanomètres permet de filtrer toute la lumière soleil qui ne se superpose pas sur la lumière bleue qui présente un pic d’intensité B1 (illustré sur la ). On réduit ainsi la lumière du soleil ou la lumière environnante qui va être reçue par la suite par le(s) photodétecteur(s) 111 décrits plus loin. On réduit ainsi une partie importante du bruit lié à cette lumière du soleil ou lumière environnante. Il ne va rester que le bruit qui se superpose sur la lumière bleue.
Dans un premier mode de réalisation non limitatif du module de réception 11 illustré sur la :
- l’un des deux éléments optiques 110 comprend une première lentille 110.1 et un filtre passe-bas 110.2 associé,
- l’autre des deux éléments optiques 110 comprend une deuxième lentille 110.3 et un filtre passe-haut 110.4 associé.
Le filtre passe-bas 110.2 est configuré pour couper le faisceau lumineux Fx’ sur une première plage de longueurs d’ondes L. Dans un mode de réalisation non limitatif, la première plage de longueurs d’ondes L est comprise entre 455 nanomètres et 650 nanomètres. Ainsi, le filtre passe-bas 110.2 coupe les hautes longueurs d’ondes dans le faisceau lumineux Fx’.
Le filtre passe-haut 110.4 est configuré pour couper le faisceau lumineux Fx’ sur une deuxième plage de longueurs d’ondes L’. Dans un mode de réalisation non limitatif, la deuxième plage de longueurs d’ondes L’ est comprise entre 380 nanomètres et 435 nanomètres. Ainsi, le filtre passe-haut 110.3 coupe les basses longueurs d’ondes dans le faisceau lumineux Fx’.
On notera que la première plage de longueurs d’ondes L et la deuxième plage de longueurs d’ondes L’ ne se chevauchent pas. C’est nettement plus simple à réaliser et à optimiser que si les deux plages de longueurs d’ondes se chevauchaient. Le fait que les plages de longueurs d’ondes ne soient pas trop larges rend moins complexe la réalisation des filtres contrairement à un filtre plus « large ».
Dans un mode de réalisation non limitatif, le filtre passe-bas 110.2 et le filtre passe-haut 110.4 sont des filtres classiques de type lame à faces parallèles. Tel qu’illustré sur l’exemple non limitatif de la , la première lentille 110.1 et le filtre passe-bas 110.2 associé sont disposés plus proche de la glace de sortie 15 et la deuxième lentille 110.3 et le filtre passe-haut 110.4 associé sont disposés plus loin, les deux filtres passe-bas 110.2 et passe-haut 110.4 étant disposés entre les deux lentilles 110.1 et 110.4. On notera qu’on pourrait avoir l’inverse, à savoir la deuxième lentille 110.3 et le filtre passe-haut 110.4 associé disposés plus proche de la glace de sortie 15 et la première lentille 110.1 et le filtre passe-bas 110.2 associé disposés plus loin. Dans un mode de réalisation non limitatif, la première lentille 101.1 et la deuxième lentille 101.3 sont des lentilles convexe-convexe. On notera que des lentilles plan-convexe fonctionnent également.
Dans un deuxième mode de réalisation non limitatif du module de réception 11 illustré sur la :
- l’un des éléments optiques 110 est une première lentille 110.5 à propriété d’absorption spectrale passe-haut,
- l’autre des éléments optiques 110 est une deuxième lentille 110.6 à propriété d’absorption spectrale passe-bas.
La première lentille 110.5 est configurée pour couper le faisceau lumineux Fx’ sur la première plage de longueurs d’ondes L. Dans un mode de réalisation non limitatif, la première plage de longueurs d’ondes L est comprise entre 455 nanomètres et 650 nanomètres. Ainsi, la première lentille 110 coupe les hautes longueurs d’ondes dans le faisceau lumineux Fx’.
La deuxième lentille 110.6 est configurée pour couper le faisceau lumineux Fx’ sur la deuxième plage de longueurs d’ondes L’. Dans un mode de réalisation non limitatif, la deuxième plage de longueurs d’ondes L’ est comprise entre 380 nanomètres et 435 nanomètres. Ainsi, la deuxième lentille 110 coupe les basses longueurs d’ondes dans le faisceau lumineux Fx’.
Dans un mode de réalisation non limitatif, la première lentille 110 et la deuxième lentille 110 sont des lentilles injectées en verre absorbant dans la masse.
Dans un mode de réalisation non limitatif, le matériau absorbant de la première lentille 110.5 est un verre teinté qui a été sélectionné de sorte qu’elle présente un coefficient de transmission d’au moins 80% dans la première plage de longueurs d’onde L, et un coefficient de transmission inférieur à 80% en dehors de cette première plage. On notera qu’en dehors de cette première plage, le but est de se rapprocher de 0%.
Dans un mode de réalisation non limitatif, le matériau absorbant de la deuxième lentille 110.6 est un verre teinté qui a été sélectionné de sorte qu’elle présente un coefficient de transmission d’au moins 80% dans la deuxième plage de longueurs d’onde L’ et un coefficient de transmission inférieur à 80% en dehors de cette deuxième plage. On notera qu’en dehors de cette deuxième plage, le but est de se rapprocher de 0%.
Tel qu’illustré sur l’exemple non limitatif de la , la première lentille 110.5 est disposée plus proche de la glace de sortie 15, tandis que la deuxième lentille 110.6 est disposée plus loin. On notera qu’on pourrait avoir l’inverse.
Ainsi, au final, en coupant les hautes longueurs d’ondes et les basses longueurs d’ondes, l’ensemble des deux éléments optiques 110 selon le premier mode de réalisation non limitatif, ou selon le deuxième mode de réalisation non limitatif, permet de filtrer le faisceau lumineux Fx’ sur la plage de longueurs d’ondes de la lumière bleue comprise entre 435 et 455 nanomètres de sorte à obtenir un faisceau lumineux Fx’ centré sur la lumière bleue, autrement appelé faisceau lumineux centré Fx’. On notera que le fait d’obtenir un filtrage entre 435 et 455 nanomètres selon ces deux modes de réalisation non limitatifs est moins coûteux que d’obtenir un filtrage entre 435 et 1000 nanomètres qui intégrerait dans ce cas les infrarouges.
Le faisceau lumineux centré Fx’ est transmis au(x) photodétecteur(s) 111.
Le photodétecteur 111 est ainsi configuré pour recevoir des deux éléments optiques 110 le faisceau lumineux centré Fx’ sur la lumière bleue.
Dans un mode de réalisation non limitatif, le module de réception 11 comprend une pluralité de photodétecteurs 111. Dans un mode de réalisation non limitatif, chaque photodétecteur est une photodiode à avalanche également connue sous le nom de de SPAD (« Single Photon Avalanche Diode » en anglais). L’ensemble des photodiodes à avalanche peut ainsi former un photomultiplicateur sur silicium ou SiPM (de l’anglais « Silicon PhotoMultiplier »). Ce mode de réalisation non limitatif de la photodiode est pris comme exemple non limitatif dans la suite de la description.
La photodiode 111 est une matrice de pixels. Dans le cadre de la détection d’un objet cible 3, à partir du faisceau lumineux centré Fx’ reçu, la photodiode 111 va imager l’objet cible 3 dans son plan focal image. Dans un mode de réalisation non limitatif, la photodiode 111 est disposée au niveau du plan focal image du module de réception 11. Cela permet de détecter de façon précise le ou les objets cibles 3 situés dans le champ de vision du faisceau lumineux initial Fx.
Lorsque les conditions d’ensoleillement ou la lumière environnante au voisinage du véhicule automobile 2 sont particulièrement importantes, comme vue précédemment, la lumière du soleil ou la lumière environnante qui est reçue par la photodiode 111 est celle qui s’ajoute au faisceau lumineux Fx’ reçu par le module de réception 11, autour de la lumière bleue.
Par conséquent, si la photodiode 111 du module de réception 11 reçoit d’autres lumières que la lumière bleue provenant du filtrage par les deux modules optiques 110, elle risque d’être saturée par ces autres lumières, notamment si ces dernières ont une intensité très importante. On rappelle que la lumière du soleil comprend également le proche infrarouge, l’infrarouge et les UV. On rappelle que les longueurs d’ondes des infrarouges se situe entre 655 et 1000 nm. Afin de supprimer le bruit qui reste dû à la lumière parasite autour du faisceau lumineux centré Fx’, on rend la photodiode 111 insensible aux infrarouges comme décrit ci-après. On notera que les UV sont eux filtrés par la glace de sortie 15 qui comprend un traitement anti-UV dans un mode de réalisation non limitatif.
On rappelle qu’une photodiode comprend classiquement une jonction PN (illustrée sur la ) et la croissance épitaxiale des jonctions PN repose sur un substrat en silicium Si (illustré sur la ). Le substrat de silicium est classiquement transparent pour les infrarouges mais opaque pour la lumière visible et la lumière bleue, à savoir il absorbe notamment les photons bleus et ne laisse pas passer la lumière bleue.
Pour augmenter la sensibilité de la photodiode 111 à la lumière bleue et par conséquent la rendre insensible aux infrarouges, dans un premier mode de réalisation non limitatif, on dispose la jonction PN proche du substrat de silicium Si, ce qui revient à amincir le substrat de silicium Si pour laisser passer les photons bleus jusqu’à la jonction PN. Ainsi, la sensibilité spectrale de la photodiode 111 est ajustée en fonction de la position de la jonction PN par rapport au substrat de silicium Si. Plus la jonction PN est proche du substrat de silicium Si, moins les photons de la lumière bleue seront filtrés par le substrat de silicium Si. Comme on amincit le substrat de silicium Si, il devient plus transparent pour la lumière bleue et par conséquent plus opaque à la lumière infrarouge. Ainsi, la photodiode 111 a une sensibilité maximale dans les longueurs d’ondes bleues.
On notera qu’une jonction PN loin du substrat de silicium Si sera plus sensible dans l’infrarouge. Dans un mode de réalisation non limitatif, la photodiode 111 comprend une jonction PN avec une bande interdite (appelée en anglais « gap ») comprise entre 3 électronvolts et 2,5 électronvolts. Dans une variante de réalisation non limitative, elle est d’environ 2,6 électronvolts. Cela permet d’avoir une jonction PN proche de la surface du substrat de silicium Si. Dans un mode de réalisation non limitatif, pour obtenir une telle bande interdite d’environ 2,6 électronvolts, la photodiode est composée d’aluminium arsenide ou de nitrure de gallium-indium. On notera que pour avoir une sensibilité spectrale dans l’infrarouge, on aurait une bande interdite d’environ 1.8 électronvolts, ce qui correspond aux infrarouges qui commencent à partir de 655 nanomètres.
Par conséquent, grâce à cette jonction PN proche du substrat de silicium Si, cela permet à la photodiode 111 d’être très sensible à la lumière bleue et insensible à la lumière infrarouge, et ainsi de bien capter le faisceau lumineux centré Fx’ transmis par le module de réception optique 11 et de capter très peu la lumière du soleil ou environnante comprenant des infrarouges. Ainsi, ni la lumière visible qui provient du soleil ou de la lumière environnante, ni les infrarouges qui proviennent du soleil ou de la lumière environnante ne peuvent saturer la photodiode 111. Elle reste insensible aux longueurs d’ondes correspondantes à une lumière parasite. Le ratio signal sur bruit n’est pas réduit, mais est au contraire maximisé. Ainsi, la lumière parasite ne va pas brouiller l’acquisition du faisceau lumineux centré Fx’ par la photodiode 111.
Dans un deuxième mode de réalisation non limitatif, on supprime le substrat de silicium Si. On le retire par un procédé d’ablation laser « laser etching » en anglais ou un procédé d’affutage « grinding » en anglais connus de l’homme du métier. Cela permet d’obtenir le même résultat que pour le premier mode de réalisation non limitatif, à savoir une maximisation de la sensibilité de la photodiode 111 à la lumière bleue et une minimisation de sa sensibilité aux autres lumières telle que la lumière infrarouge.
Le photodétecteur 111 est configuré pour convertir le faisceau lumineux centré Fx’ qu’il a reçu en un signal électrique 7 correspondant. Le signal électrique 7 est analogique ou numérique.
Le module de réception 11 comprend en outre une unité de démodulation 112 configurée pour démoduler le signal électrique 7.
Dans le cadre d’une détection d’un objet cible 3, Le module de réception 11 transmet le signal électrique démodulé 7’ à une unité de calcul 12 du système 1 tel qu’illustré sur la . L’unité de calcul 12 l’analyse et effectue une corrélation avec le signal modulé 6 vu précédemment. La corrélation permet à l’unité de calcul 12 de déterminer un temps de vol séparant l’émission du faisceau lumineux initial Fx et la réception du faisceau lumineux Fx’ et ainsi d’en déduire la présence ou l’absence d’un objet cible 3 dans le champ de vision du faisceau lumineux initial Fx.
Dans un mode de réalisation non limitatif, l’unité de calcul 12 est une unité de contrôle électronique 12, autrement appelée ECU de l’anglais « Electronic Control Unit ». On notera que l’unité de contrôle électronique 12 comprend un ou plusieurs processeurs.
Dans des modes de réalisation non limitatifs, ladite corrélation est basée sur :
- une méthode d’accumulation m basée sur un histogramme de distribution de photons dans le signal électronique démodulé 7’, ou
- une méthode de coïncidence de détection m’ basée sur une détection d’un nombre de photons dans ledit signal électronique démodulé 7’ sur une durée d’un bit. La méthode d’accumulation et la méthode de coïncidence étant connue de l’homme du métier, elles ne sont pas décrites ici.
Dans le cadre d’une communication avec un autre véhicule 4 ou une infrastructure routière, lors de la démodulation du signal électrique 7, le module de réception 11 en extrait la séquence de données D et la transmet à un calculateur 13 du véhicule automobile 2 tel qu’illustré sur la pour qu’elle soit interprétée, décodée et/ou transmise à un équipement ou à une interface utilisateur du véhicule automobile 2.
Bien entendu la description de l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et au domaine décrit ci-dessus.
Ainsi, l’invention décrite présente notamment les avantages suivants :
- elle remplace les systèmes de détection par ultrasons,
- elle permet de rendre fiable la transmission d’un signal électrique par un photodétecteur 111 du module de réception 11, même en présence de la lumière du soleil, ou de la lumière environnante,
- c’est une solution qui peut être utilisée pour les détection en champ proche de type ADAS (« Advanced Driver-Assistance System » en anglais) pour l’assistance pour se garer ou encore pour l’assistance lors d’embouteillages dans des exemples non limitatifs,
- elle permet d’avoir un niveau 3 d’autonomie pour les véhicules, niveau qui demande d’avoir trois capteurs de type différents pour la sécurité. Elle apporte ainsi un capteur de détection supplémentaire en plus des lidars classiques et des radars classiques,
- c’est une solution plus simple et moins coûteuse que les systèmes interférentiels qui utilisent un empilement de plus de 100 couches de différents matériaux avec différents indices de réfraction,
- les deux modules optiques 111 du module de réception 11 permet d’obtenir de façon simple et peu coûteuse un filtrage efficace de la lumière bleue,
- elle permet de rendre insensible aux infrarouges le(s) photodétecteur(s) 110 de manière simple.

Claims (15)

  1. Système (1) pour véhicule (2) comprenant :
    - un module de réception (11) d’un faisceau lumineux (Fx’), ledit module de réception (11) comprenant au moins un photodétecteur (111),
    Caractérisé en ce que :
    - (a) ledit module de réception (11) comprend en outre au moins deux éléments optiques (110) configurés pour :
    - recevoir ledit faisceau lumineux (Fx’) issu d’un faisceau lumineux initial (Fx) généré par un module d’émission (10),
    - couper ledit faisceau lumineux (Fx’) sur une première plage de longueurs d’ondes (L) et sur une deuxième plage de longueurs d’ondes (L’), et
    - transmettre audit au moins un photodétecteur (111) ledit faisceau lumineux (Fx’) sur une plage de longueurs d’ondes (LP) comprise entre 435 et 455 nanomètres,
    et en ce que :
    - (b) ledit au moins un photodétecteur (111) est agencé de sorte à avoir une sensibilité maximale dans les longueurs d’ondes bleues et est configuré pour recevoir ledit faisceau lumineux (Fx’) sur ladite plage de longueurs d’ondes (LP) et pour le convertir en un signal électrique (7) correspondant.
  2. Système (1) selon la revendication 1, selon lequel ledit au moins un détecteur (111) comprend une jonction PN avec une bande interdite (G) comprise entre 3 électronvolts et 2.5 électronvolts.
  3. Système (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, selon lequel :
    - l’un des éléments optiques (110) comprend une première lentille (110.1) et un filtre passe-bas (110.2) associé configuré pour couper le faisceau lumineux (Fx’) sur la première plage de longueurs d’ondes (L), et
    - l’autre des éléments optiques (110) comprend une deuxième lentille (110.3) et un filtre passe-haut (110.4) associé configuré pour couper le faisceau lumineux (Fx’) sur la deuxième plage de longueurs d’ondes (L’).
  4. Système (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, selon lequel :
    - l’un des éléments optiques (110) est une première lentille à propriété d’absorption spectrale passe-haut configurée pour couper le faisceau lumineux (Fx’) sur la première plage de longueurs d’ondes (L), et
    - l’autre des éléments optiques (110) est une deuxième lentille à propriété d’absorption spectrale passe-bas configurée pour filtrer le faisceau lumineux (Fx’) sur la deuxième plage de longueurs d’ondes (L’).
  5. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel la première plage de longueurs d’ondes (L) est comprise entre 455 nanomètres et 650 nanomètres.
  6. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel la deuxième plage de longueurs d’ondes (L’) est comprise entre 380 nanomètres et 435 nanomètres.
  7. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel ledit système (1) comprend en outre un module d’émission (10) comprenant un module lumineux (100) configuré pour émettre ledit faisceau lumineux initial (Fx) en partie dans la lumière visible.
  8. Système (1) selon la revendication précédente, selon lequel ledit module d’émission (10) comprend en outre une unité de modulation (102) configurée pour générer un signal modulé (6) pour piloter l’émission dudit faisceau lumineux initial (Fx).
  9. Système (1) selon la revendication 7 ou la revendication 8, selon lequel ledit module lumineux (100) comprend au moins une source de lumière (100.1) configurée pour émettre ledit faisceau lumineux initial (Fx) pour réaliser une fonction photométrique d’éclairage et/ou de signalisation ou de feu diurne.
  10. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes 7 à 9, selon lequel ledit module d’émission (10) fait partie d’un projecteur ou d’un feu arrière dudit véhicule (2).
  11. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel ledit faisceau lumineux (Fx’) est un faisceau lumineux réfléchi sur au moins un objet cible (3) se trouvant dans un champ de vision dudit faisceau lumineux initial (Fx).
  12. Système (1) selon la revendication précédente, selon lequel ledit module de réception (11) comprend en outre une unité de démodulation (112) configurée pour démoduler le signal électrique (7) et transmettre ledit signal électrique démodulé (7’) à une unité de calcul (12), et selon lequel ladite unité de calcul (12) est configurée pour à partir dudit signal électrique démodulé (7’), effectuer une corrélation entre ledit signal électrique démodulé (7’) et ledit signal modulé (6) pour en déduire la présence dudit au moins un objet cible (3).
  13. Système (1) selon l’un quelconque des revendications précédentes 7 à 9, selon lequel ledit module d’émission (10) fait partie d’un autre véhicule (4) ou d’une infrastructure routière.
  14. Système (1) selon la revendication précédente, selon lequel ledit faisceau lumineux (Fx’) transporte une séquence de données (D).
  15. Système (1) selon la revendication précédente, selon lequel ledit module de réception (11) comprend en outre une unité de démodulation (112) configurée pour démoduler le signal électrique (7) et en extraire ladite séquence de données (D) pour l’utiliser pour une communication avec ledit autre véhicule (4) ou ladite infrastructure routière.
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EP3832274A1 (fr) * 2018-07-27 2021-06-09 Kyocera Corporation Détecteur d'ondes électromagnétiques et système d'acquisition d'informations
EP3907547A1 (fr) * 2020-05-05 2021-11-10 Sick Ag Capteur optoélectronique

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