WO2022128914A1 - Dispositif pour nettoyer une surface optique - Google Patents

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WO2022128914A1
WO2022128914A1 PCT/EP2021/085483 EP2021085483W WO2022128914A1 WO 2022128914 A1 WO2022128914 A1 WO 2022128914A1 EP 2021085483 W EP2021085483 W EP 2021085483W WO 2022128914 A1 WO2022128914 A1 WO 2022128914A1
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WO
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optical surface
optical
piezoelectric layer
transducer
acoustically
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/085483
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English (en)
Inventor
Michaël BAUDOIN
Ravinder CHUTANI
Frederic Bretagnol
Adrien PERET
Original Assignee
Universite De Lille
Centrale Lille Institut
Universite Polytechnique Hauts-De-France
Centre National De La Recherche Scientifique
Valeo Systemes D'essuyage
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Publication date
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Priority to EP21839084.7A priority patent/EP4260122A1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G01S2007/4975—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction by, e.g. dirt- or ice-coating, e.g. by reflection measurement on front-screen
    • G01S2007/4977—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction by, e.g. dirt- or ice-coating, e.g. by reflection measurement on front-screen including means to prevent or remove the obstruction

Definitions

  • the present invention relates to a device for cleaning a body in contact with an optical surface by means of ultrasonic waves.
  • EWOD Electro Wetting On Devices
  • autonomous motor vehicles include a large number of sensors in order to determine the distances and speeds of other vehicles present on the road.
  • sensors for example lidars
  • lidars are also subject to bad weather and splashes of mud and require frequent cleaning.
  • a windshield wiper is unsuitable for cleaning a small area of such a sensor.
  • US 2016/0170203 Al describes a device for cleaning a camera mounted on a vehicle by means of ultrasonic waves.
  • the invention aims to satisfy this need and proposes a device comprising:
  • an optical surface cleaning unit comprising at least one wave transducer acoustically coupled with the optical surface, the wave transducer comprising a piezoelectric layer and electrodes of opposite polarity in contact with the piezoelectric layer, and being configured to generating at least one surface ultrasonic wave or a Lamb wave propagating in the optical surface,
  • the device comprising a device configured to capture and/or emit radiation through the region of optical interest.
  • the device according to the invention thus makes it possible to effectively clean the optical surface by means of the propagation of the surface ultrasonic wave, so that a body, for example a drop of rain, in contact with the optical surface does not does not prevent effective transmission of radiation through the optical surface.
  • layer is usually meant a uniform extent applied or deposited on a surface.
  • the transducer is placed outside the optical field of the device. This limits the potential shading effects that the transducer can cause on the device.
  • the uptake and/or emission of radiation through the optical surface is optimized.
  • optical field we consider the portion of space in the direction of which the device is capable of emitting radiation and/or from which it is capable of capturing radiation.
  • the radiation may be light radiation in the visible and/or in the infrared and/or in the ultraviolet.
  • the device may include a processing unit configured to analyze among all of the radiation captured by the device, only the part having crossed the optical region of interest.
  • a processing unit configured to analyze among all of the radiation captured by the device, only the part having crossed the optical region of interest.
  • such an analysis unit is suitable in a variant in which all or part of the transducer is contained in the optical field of the device.
  • the transducer is placed on the periphery of the optical surface.
  • the transducer in addition to its low interaction with the operation of the device, the transducer can thus be easily protected, for example by a support carrying the optical surface.
  • the wave transducer extends from an edge of the optical surface over a distance of less than 10%, or even less than 5% of the length of the optical surface.
  • length of the optical surface is meant the distance separating two opposite edges of the optical surface along one side of the optical surface.
  • the transducer extends from an edge of the optical surface over a distance of less than 30 mm, preferably less than 20 mm, preferably less than 10 mm.
  • the transducer is preferably in contact with the optical surface.
  • the transducer can be attached to the optical surface in various ways.
  • the transducer can be in the form of a foil which is transferred onto the optical surface.
  • foil is meant a flexible and thin film, in particular having a thickness of less than 100 ⁇ m.
  • the transducer can be fixed by molecular adhesion, or by means of a thin metallic layer providing adhesion between the optical surface and the piezoelectric layer.
  • the layer can be made of a metal or an alloy with a low melting temperature, i.e. having a melting temperature of less than 200° C., for example an indium alloy.
  • the metallic layer can be made of a metal or of an alloy having a melting temperature greater than 200° C., for example of an aluminum and/or gold alloy.
  • the transducer can be fixed on the optical surface by means of a method comprising a step of melting a portion of the piezoelectric layer and/or of a portion of the optical surface followed by a step consisting in compressing together the piezoelectric layer and the optical surface, the respective molten portions of the optical surface and of the piezoelectric layer being in contact with one of the other.
  • the transducer can be fixed on the optical surface by means of a process comprising the deposition of bonding layers of an alloy with a low melting temperature on a portion of the transducer and on a portion of the optical surface respectively, at least partially melting said bonding layers, then compressing the piezoelectric layer and the optical surface, the faces of the bonding layers opposite the optical surface and the piezoelectric layer being brought into contact with each other during compression.
  • the bonding layers can be deposited by sputtering, or by an evaporation technique implemented in the field of the deposition of thin layers.
  • the transducer may be disposed between the optical surface and the device.
  • the transducer can be protected by the optical surface from bad weather and/or splashes.
  • the transducer is then shaped to generate a Lamb wave so as to reach the face, opposite the device and in contact with which a body, for example a drop of rain, can be deposited.
  • the optical surface may be disposed between the transducer and the device.
  • the transducer is then in contact with the face of the optical surface opposite the device. It can be configured to emit an ultrasonic surface wave propagating on this face.
  • the device may include a cover superimposed on the transducer and shaped to define a housing for protecting the transducer.
  • the piezoelectric layer has the shape of a strip which extends over one face of the optical surface.
  • the strip extends along and preferably parallel to an edge of the optical surface.
  • the piezoelectric layer can form a frame surrounding at least partially, in particular entirely, the optical region of interest.
  • the outer contour and/or the inner contour of the frame can be homothetic to the contour of the face of the optical surface on which the piezoelectric layer is arranged.
  • the thickness of the piezoelectric layer can be chosen according to the wavelength ⁇ of the ultrasonic surface wave.
  • the thickness of the piezoelectric layer is less than or equal to 5*A, preferably less than or equal to 1.5*A, of preferably less than or equal to A, or even less than or equal to 0.5* ⁇ , in particular for a frequency of the surface ultrasonic wave being between 0.1 MHz and 60 MHz.
  • the piezoelectric layer can have a thickness of between 1 ⁇ m and 300 ⁇ m. It may have a thickness less than or equal to 100 ⁇ m, less than 50 ⁇ m, or even less than 10 ⁇ m.
  • the ratio of the thickness of the optical surface to the thickness of the piezoelectric layer is preferably greater than 2, preferably greater than 10, or even greater than 50.
  • It can be deposited on the optical surface by a method chosen from physical vapor deposition, chemical vapor deposition, magnetron sputtering and electron cyclotron resonance.
  • the piezoelectric layer can be made of a material chosen from the group formed by lithium niobate, aluminum nitride, zinc oxide, lead titano-zircanate, and mixtures thereof.
  • the piezoelectric layer may be opaque to light. Alternatively, it may be transparent.
  • transparent is meant a transparency to light radiation in the visible and/or to radiation in the infrared and/or to radiation in the ultraviolet.
  • the electrodes are of opposite polarity, i.e. they are intended to be electrically supplied by electrical voltages of opposite signs.
  • the polarity electrodes may each include a comb having a branch from which fingers extend.
  • the combs are interdigitated.
  • Each of the fingers of a comb can have a width equal to the fundamental wavelength of the surface ultrasonic wave or the Lamb wave, divided by 4 and the spacing between two consecutive fingers of a comb can be equal to the fundamental wavelength of the ultrasonic surface wave or the Lamb wave, divided by 4.
  • the spacing between the fingers determines the resonant frequency of the transducer which the person skilled in the art can easily determine .
  • the alternating electrical voltage of the electrodes of opposite polarity induces a mechanical response of the piezoelectric material, which results in the generation of an ultrasonic surface wave or a Lamb wave which propagates in the optical surface.
  • the electrodes can be metallic. They can be in chromium, or aluminum or in the combination of a bonding layer such as titanium and a conductive layer such as gold.
  • the electrodes can be made of a conductive transparent oxide, for example chosen from indium tin oxide, zinc oxide doped with aluminum and mixtures thereof.
  • the transducer can be transparent and be formed from such electrodes and from a transparent piezoelectric layer of lithium niobate or zinc oxide. The transducer can thus be advantageously placed in the optical field of the device, for example to optimize the cleaning of the optical surface, without significantly disturbing the operation of the device by shading effect.
  • the electrodes can be deposited on the piezoelectric layer by an evaporation or sputtering process and shaped by photolithography.
  • They can be printed, for example by inkjet printing.
  • they can be printed on a foil, for example made of a flexible thermoplastic material, and be applied by transferring the foil onto the piezoelectric layer.
  • the transducer can be configured to emit a surface ultrasonic wave or a Lamb wave whose fundamental frequency can be between 0.1 MHz and 1000 MHz, preferably between 10 MHz and 100 MHz, for example equal to 40 MHz, and/or the amplitude can be between 1 nanometer and 500 nanometers.
  • the amplitude of the wave corresponds to the normal displacement of the face of the optical surface on which the ultrasonic surface wave propagates. It can be measured by laser interferometry.
  • the ultrasonic surface wave can be a Rayleigh wave, when the optical surface has a thickness greater than the wavelength of the ultrasonic surface wave.
  • a Rayleigh wave is favored because a maximum proportion of the wave's energy is concentrated on the face of the optical surface on which it propagates, and can be transmitted to a body, for example a raindrop, resting on the optical surface.
  • the device comprises at least two transducers, for example more than five, or even more than ten transducers.
  • the transducers can be configured to emit surface acoustic waves propagating in parallel or secant directions.
  • the device comprises at least three transducers which are configured so that the directions of propagation of the waves which they are able to generate intersect in a common place.
  • the transducers can be distributed regularly over the contour of the face of the optical surface on which they are arranged.
  • the transducers share the same piezoelectric layer.
  • the electrodes of the different transducers can be in contact with the same piezoelectric layer.
  • Such a device is thus easy to manufacture, by successive implementation of a step of depositing the piezoelectric layer followed by a step of depositing the electrodes to form the transducers.
  • the optical surface can be self-supporting, in the sense that it can deform, in particular elastically, without breaking under its own weight.
  • the face of the optical surface on which the ultrasonic surface wave or the Lamb wave propagates can be planar. It can also be curved, provided that the radius of curvature of the face is greater than the wavelength of the ultrasonic surface wave. Said face may be rough. The roughnesses will preferably be lower than the fundamental wavelength of the ultrasonic surface wave, in order to prevent them from significantly affecting their propagation.
  • the optical surface may be in the form of a flat plate, or having at least one curvature in one direction. In particular, it may be a lens.
  • the thickness of the plate can be between 100 ⁇ m and 5 mm.
  • the length of the plate may be greater than 1 mm, or even greater than 1 cm, or even greater than 1 m.
  • thickness of the optical surface we consider the smallest dimension of the optical surface measured in a direction perpendicular to the surface on which the surface ultrasonic wave or the Lamb wave propagates.
  • the optical surface can be laid flat relative to the horizontal. As a variant, it can be inclined with respect to the horizontal by an angle ⁇ greater than 10°, or even greater than 20°, or even greater than 45°, or even greater than 70°. It can be arranged vertically.
  • the optical surface is preferably optically transparent, in particular to light in the visible or to radiation in the ultraviolet or in the infrared.
  • the optical surface may comprise a monolayer or multilayer coating which covers one face of the acoustically conductive portion.
  • the coating may in particular comprise a hydrophobic layer, an antireflection layer or a stack of these layers.
  • the hydrophobic layer consists of self-assembled OTS monolayers or may result from the deposition of a fluorine-based plasma.
  • the coating may include one or more anti-reflective layers depending on the intended application (Visible, IR, . . .).
  • the transducer may be in contact with the acoustically conductive portion and the hydrophobic layer may entirely cover the transducer, in order to protect it from contact with water.
  • the coating is placed between the transducer and the acoustically conductive portion.
  • the optical surface includes an acoustically conductive portion, the transducer being acoustically coupled to, and preferably in contact with, the acoustically conductive portion.
  • the acoustically conductive portion is preferably transparent.
  • the acoustically conductive portion preferably has an attenuation length greater than the length of the optical surface, or even greater than 10 times the length of the optical surface, or even greater than 100 times the length of the optical surface.
  • the acoustically conductive portion can be made of any material capable of propagating an ultrasonic surface wave or a Lamb wave.
  • it is made of a material having a modulus of elasticity greater than 1 MPa, for example greater than 10 MPa, or even greater than 100 MPa, or even greater than 1000 MPa, or even greater than 10,000 MPa.
  • a material having such a modulus of elasticity has a rigidity particularly suited to the propagation of an ultrasonic surface wave or a Lamb wave.
  • the acoustically conductive portion is made of glass or of poly(methyl methacrylate), also known under the commercial reference Plexiglas®.
  • the optical surface may consist of the acoustically conductive portion.
  • the optical surface may include an acoustically insulating portion, that is to say absorbing the surface ultrasonic wave or the Lamb wave over a distance less than the length of the optical surface, or even less than 0 ,1 times the length of the optical surface.
  • the acoustically insulating portion is preferably superposed, in particular entirely, on the acoustically conducting portion.
  • the part acoustically insulating can fully cover the acoustically conductive portion.
  • the acoustically insulating portion is made of polycarbonate. Other rubber or plastic materials can be considered.
  • the acoustically insulating portion is preferably transparent.
  • the acoustically insulating portion and the acoustically conducting portion can be stacked on top of each other, and preferably in contact with each other.
  • the acoustically conductive portion may have a thickness at least five times less than the thickness of the acoustically insulating portion.
  • the acoustically insulating portion can confer mechanical resistance to the optical surface while the acoustically conducting portion ensures the cleaning function by transporting the ultrasonic wave.
  • the acoustically conductive portion can be removably mounted on the acoustically insulating portion.
  • the acoustically conductive portion can be bonded to the acoustically insulating portion by means of a reversible adhesive.
  • the device is configured to capture and/or emit radiation. To this end, it comprises a sensor and/or a radiation emitter.
  • the device can be chosen from an optical remote sensing device, for example a lidar, a photographic device, a camera, a radar, an infrared sensor and an ultrasonic rangefinder.
  • an optical remote sensing device for example a lidar, a photographic device, a camera, a radar, an infrared sensor and an ultrasonic rangefinder.
  • the optical surface can be superimposed on the sensor and/or on the transmitter, in particular in order to protect the sensor.
  • the optical surface is at a distance from the sensor and/or from the transmitter.
  • It can be a lens intended to deflect the radiation in the direction of the sensor or coming from the transmitter.
  • it can be an optical protection device, for example to protect the sensor and/or the transmitter.
  • An “optical shield” is such that it does not deviate the optical path of radiation passing through it.
  • the device comprises the optical surface which is a lens or the optical surface is a protective member of the device.
  • the device can be a motor vehicle and the device is configured to acquire a quantity chosen from among the distance between the vehicle and an object, the speed of the vehicle, the positioning of the vehicle relative to a traffic lane, as well as any additional information such as the nature of the vehicle (truck, bicycle%) or the nature of objects (civilians, animals).
  • the optical surface can be a substrate of a laboratory on chip, in particular intended for microfluidic applications.
  • the optical surface can be a wall exposed to the condensation of a liquid that can solidify, for example a building's glazing.
  • the device in particular the apparatus, may comprise a box in which the sensor and/or the transmitter are housed and the optical surface can be removably mounted on the box.
  • the optical surface can be fixed on the box so as to seal the box hermetically, in order to protect the sensor and/or the transmitter.
  • the optical surface can be fixed on a mount, which can be screwed onto the case. Thus, the optical surface can easily be replaced if it becomes damaged.
  • the cleaning unit may include an electrical generator to electrically power the transducer, such that the transducer converts the electrical power signal into a surface ultrasonic wave or a Lamb wave.
  • the invention also relates to the use of a device according to the invention, to evacuate a body in contact with the optical surface out of the optical region of interest.
  • Use may include powering the cleaning unit to melt the body when the body is in a solid state, and/or maintain the body in a liquid state when the optical surface temperature is below the solidification temperature of the body.
  • the body in the liquid state can be in the form of at least one drop or at least one film.
  • the energy of the surface ultrasonic wave may be sufficient to induce the liquid state body to move across the face of the optical surface.
  • the body can be aqueous, especially is rainwater or dewwater.
  • the optical surface temperature may be below 0°C.
  • the body is for example a frost or snow.
  • the invention finally relates to a vehicle, preferably automated, or a member of such a vehicle comprising a device according to the invention.
  • automated vehicle is meant a vehicle whose driving on the open road can be ensured without the intervention of a human driver.
  • the vehicle is preferably a motor vehicle, in particular a car or a truck.
  • a component of such a vehicle can be chosen from a lighting headlight module, a system containing a set of different sensors also called a "pod", at least one side window, a front window or a rear window and a control unit. driving assistance.
  • Figure 1 schematically shows, in cross section, an example of a device according to the invention
  • figure 2 schematically represents another example of a device
  • FIG. 3 figure 3 schematically represents in front view, part of an example of a device according to the invention
  • FIG. 4 figure 4 schematically represents in front view, part of another example of device according to the invention.
  • FIG. 5 represents schematically and in cross section, part of an example of a device according to the invention
  • FIG. 6 represents schematically and in cross section, part of another example of a device according to the invention.
  • FIG. 7 represents schematically, and in cross-section, an example of a device according to the invention.
  • Figure 1 a first example of device 5 according to the invention.
  • the device comprises an optical surface 10, an optical surface cleaning unit 15 and an apparatus 20.
  • the apparatus 20 includes a sensor 25 for capturing radiation R and a lens 30 for directing the radiation R towards the sensor. Alternatively or additionally, it may include a transmitter for emitting radiation.
  • the apparatus includes a lidar that is configured to emit laser radiation and pick up back the object-reflected portion of that laser radiation.
  • the lens 30 is optional. In an exemplary embodiment not shown, the apparatus is exempt from it.
  • the device defines an optical field Co which corresponds to the portion of space from which it is able to acquire radiation. Outside this optical field, even if the radiation can reach the sensor, the latter is not able to acquire it.
  • the optical surface 10 completely covers the sensor 25 and is thus a protective device 35 of the device.
  • the device is mounted on a motor vehicle which can move in an X direction, the optical surface forms a barrier against bodies 40, such as dust, mud particles and raindrops which come into contact with the face 45 of the optical surface opposite the sensor.
  • the optical surface is transparent to the radiation received by the sensor.
  • the optical surface is for example made of glass. However, it can be made of a material that is opaque to radiation in the visible but transparent to the wavelengths of the radiation that the sensor is able to acquire.
  • the optical surface is in the form of a disc whose thickness e p is for example between 0.5 mm and 5 mm.
  • the optical surface can be curved, and for example have the shape of a lens.
  • the device may comprise, as illustrated, a box 50 which defines a chamber 55 housing the sensor.
  • the chamber 55 can in particular be delimited by a solid wall 60 of the case and by the optical surface 10, so as to be airtight and watertight. The sensor is thus protected from the weather.
  • the optical surface can block the box.
  • the optical surface is mounted on a ring 65, which is screwed onto the housing 50.
  • optical surface is thus removable, which allows its simple replacement when for example it has been damaged by a projectile.
  • the optical surface cleaning unit 15 comprises two transducers 70 which are arranged in contact with the optical surface and which are acoustically coupled with the optical surface.
  • the cleaning unit further includes a current generator 75 to power the transducers electrically.
  • the number of transducers is not limiting.
  • the device may comprise a single transducer.
  • the transducers also each comprise a piezoelectric layer 80 and electrodes 85 of opposite polarity arranged on the piezoelectric layer. Such layered transducers thus allow the manufacture of particularly compact devices. They can also be easily placed on curved optical surfaces.
  • the transducers can each generate a surface ultrasonic wave Ws or a Lamb wave Wi which propagates in the optical surface.
  • the transducers are arranged on the face 90 of the optical surface opposite the face to be cleaned 45. They are preferably configured to generate a Lamb wave which reaches the face to be cleaned 45.
  • the transducers delimit a region of optical interest 100 which is not superimposed with the transducers.
  • part of the optical region of interest is contained within the optical field of the device.
  • the transducers are arranged outside the optical field of the device, so that they do not substantially interfere with the radiation passing through the optical region of interest and which is picked up by the sensor.
  • the transducers are preferably arranged on the periphery of the optical surface.
  • the wave transducers can in particular each extend from an edge of the optical surface over a distance of less than 10%, or even less than 5% of the length of the optical surface.
  • the transducers extend across face 90 directly from edge 105.
  • the device of FIG. 2 differs from that illustrated in FIG. 1 in that the transducers 70 are arranged on the face to be cleaned 45 of the optical surface 10 which is opposite the face 90 opposite the sensor 25.
  • the transducers are preferably configured to generate an ultrasonic surface wave Ws propagating along the face to be cleaned 45 in order to move a body in contact with said face.
  • FIG. 3 illustrates part of a device 5 according to the invention according to a view perpendicular to one of the faces 45, 90 of the optical surface.
  • Two transducers are arranged in contact with one of the faces of the optical surface. They each comprise a piezoelectric layer 80 which is in contact with the optical surface and which extends in band B between two opposite edges 120 and parallel to a third edge 125 which connects these two opposite edges. Electrodes 85 of opposite polarity and comprising interdigitated combs are arranged on the piezoelectric layer, and are arranged in such a way as to generate an ultrasonic wave of Lamb WL OR of surface Ws which propagates in the region of optical interest, in order to clean the bodies 40 deposited thereon.
  • the portion of the device represented in FIG. 4 differs from that illustrated in FIG. 3 in that the transducers 70 share the same piezoelectric layer 80 which delimits a frame 130 surrounding the optical region of interest 100.
  • the frame is for example rectangular. It has an outer contour 135 which coincides with the contour of the face of the optical surface on which the piezoelectric layer is deposited.
  • the device may comprise a greater number of transducers, arranged for example in a regular manner around the frame.
  • the electrodes 85 can be printed on the piezoelectric layer.
  • An arrangement of the transducers as described in Figures 3 and 4 can of course be implemented in the examples illustrated in Figures 1, 2 and 7.
  • FIG. 5 illustrates a sectional view of a part of the device of FIG. 3.
  • the optical surface 10 comprises an acoustically conductive portion 150, for example made of glass, and a coating 155 completely covering a face 160 of the acoustically conductive portion , and constituted by the stacking of an antireflection layer 165 and a hydrophobic layer 170, in order for example to prevent raindrops from spreading on the optical surface and to facilitate their evacuation.
  • the transducer 70 is placed in contact with the coating opposite the acoustically conductive portion.
  • the coating preferably has a sufficiently small thickness with regard to the wavelength of the surface wave generated by the transducer.
  • the acoustically conductive portion and the transducer are acoustically coupled.
  • FIG. 7 further illustrates an embodiment of a device 5 according to the invention. It differs from the example of FIG. 2 in that the optical surface is a lens 178 comprising an acoustically conducting portion 150 and an acoustically insulating portion 180 stacked on top of each other.
  • the lens 178 In addition to its ability to modify the path of radiation passing through it, the lens 178 also protects the sensor 25.
  • the acoustically insulating portion is for example thicker than the acoustically insulating portion and can mechanically support the acoustically conducting portion.
  • the transducer is acoustically coupled to the acoustically conductive portion.
  • the acoustically conductive portion can be mounted in a removable manner, for example by means of a layer of reversible adhesive placed between the opposite faces of the acoustically insulating portion and of the acoustically conductive portion.
  • a layer of reversible adhesive placed between the opposite faces of the acoustically insulating portion and of the acoustically conductive portion.
  • the acoustically conductive portion 150 is arranged opposite the sensor 25 with respect to the acoustically insulating portion 180.
  • the cleaning unit can clean the face 45 of the acoustically conductive portion on which bodies 40, for example drops rain can accumulate.

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Abstract

Dispositif (5) comportant : - une surface optique (10), - une unité de nettoyage (15) de la surface optique comportant au moins un transducteur (70) d'onde couplé acoustiquement avec la surface optique, le transducteur d'onde comportant une couche piézoélectrique (80) et des électrodes (85) de polarité opposée au contact de la couche piézoélectrique, et étant configuré pour générer au moins une onde ultrasonore de surface (Ws) ou une onde de Lamb (WL) se propageant dans la surface optique, - la surface optique présentant au moins une région d'intérêt optique (100) non superposée avec le transducteur d'onde, le dispositif comportant un appareil (20) configuré pour capter et/ou émettre un rayonnement (R) à travers la région d'intérêt optique (100).

Description

Description
Titre : Dispositif pour nettoyer une surface optique
La présente invention concerne un dispositif pour nettoyer un corps en contact avec une surface optique au moyen d’ondes ultrasonores.
Dans des domaines variés, il est nécessaire de s’affranchir des effets liés à l’accumulation d’un corps, notamment de gouttes de pluie, de givre ou de neige, sur une surface optique.
Il est connu de mettre en rotation des gouttes d’un liquide pour les évacuer d’une surface. Cependant, une telle technique n’est pas adaptée à des surfaces dont l’aire est supérieure à quelques centimètres carrés.
La mise en œuvre d’un champ électrique pour contrôler l’hydrophobicité d’une surface est aussi connue, par exemple de KR 2018 0086173 AL Cette technique, connue sous l’acronyme EWOD (pour « Electro Wetting On Devices » en anglais) consiste à appliquer une différence de potentiel entre deux électrodes, de sorte à polariser électriquement la surface pour changer ses propriétés de mouillage. En contrôlant la localisation de la polarisation, la goutte peut alors être déplacée. Cependant, cette technique ne peut être mise en œuvre qu’avec des matériaux particuliers et nécessite un positionnement particulièrement précis des électrodes sur toute la surface où l’on veut contrôler les propriétés de mouillage.
Il est aussi bien connu d’appliquer un effort mécanique sur le liquide, par exemple au moyen d’un essuie-glace sur un pare-brise d’un véhicule automobile. Toutefois, un essuie-glace limite le champ de vision accessible au conducteur. Il étale en outre les particules grasses déposées en surface du pare-brise. De plus, il est nécessaire de renouveler les garnitures de l’essuie-glace régulièrement.
Par ailleurs, les véhicules automobiles autonomes comportent un nombre élevé de capteurs afin de déterminer les distances et vitesses des autres véhicules présents sur la route. De tels capteurs, par exemple des lidars, sont eux aussi soumis aux intempéries et aux projections de boue et requièrent d’être nettoyés fréquemment. Cependant, un essuie-glace est inadapté au nettoyage d’une surface faiblement étendue d’un tel capteur. En outre, il est nécessaire que ces capteurs soient compacts, pour être facilement intégrés au sein du véhicule. US 2016/0170203 Al décrit un dispositif pour nettoyer une caméra montée sur un véhicule au moyen d’ondes ultrasonores.
Il existe toujours un besoin pour un dispositif permettant d’évacuer efficacement un corps, notamment liquide, hors d’une surface optique.
L’invention vise à satisfaire ce besoin et propose un dispositif comportant :
- une surface optique,
- une unité de nettoyage de la surface optique comportant au moins un transducteur d’onde couplé acoustiquement avec la surface optique, le transducteur d’onde comportant une couche piézoélectrique et des électrodes de polarité opposée au contact de la couche piézoélectrique, et étant configuré pour générer au moins une onde ultrasonore de surface ou une onde de Lamb se propageant dans la surface optique,
- la surface optique présentant au moins une région d’intérêt optique non superposée avec le transducteur d’onde, le dispositif comportant un appareil configuré pour capter et/ou émettre un rayonnement à travers la région d’intérêt optique.
Le dispositif selon l’invention permet ainsi de nettoyer efficacement la surface optique au moyen de la propagation de l’onde ultrasonore de surface, de telle sorte qu’un corps, par exemple une goutte de pluie, au contact de la surface optique n’empêche pas une transmission efficace du rayonnement à travers la surface optique. Par « couche », on entend usuellement une étendue uniforme appliquée ou déposée sur une surface.
De préférence, le transducteur est disposé hors du champ optique de l’appareil. Ainsi, on limite les effets potentiels d’ombrage que peut provoquer le transducteur sur l’appareil. La captation et/ou l’émission du rayonnement à travers la surface optique est optimisée. Par « champ optique », on considère la portion de l’espace en direction de laquelle l’appareil est apte à émettre un rayonnement et/ou en provenance de laquelle il est apte à capter un rayonnement.
Le rayonnement peut être un rayonnement lumineux dans le visible et/ou dans l’infrarouge et/ou dans l’ultraviolet.
Le dispositif peut comporter une unité de traitement configurée pour analyser parmi l’ensemble du rayonnement capté par l’appareil, seulement la partie ayant traversée la région d’intérêt optique. En particulier, une telle unité d’analyse est adaptée dans une variante selon laquelle tout ou partie du transducteur est contenue dans le champ optique de l’appareil.
De préférence, le transducteur est disposé en périphérie de la surface optique. De cette façon, outre sa faible interaction avec le fonctionnement de l’appareil, le transducteur peut ainsi être aisément protégé, par exemple par un support portant la surface optique.
De préférence, le transducteur d’onde s’étend à partir d’un bord de la surface optique sur une distance inférieure à 10 %, voire inférieure à 5 % de la longueur de la surface optique. Par « longueur de la surface optique », on entend la distance séparant deux bords opposés de la surface optique le long d’une face de la surface optique.
De préférence, le transducteur s’étend à partir d’un bord de la surface optique sur une distance inférieure à 30 mm, de préférence inférieure à 20 mm, de préférence inférieure à 10 mm.
Le transducteur est de préférence au contact de la surface optique.
Le transducteur peut être fixé sur la surface optique de différentes façons.
En particulier, le transducteur peut se présenter sous la forme d’un foil qui est transféré sur la surface optique. Par « foil », on entend un film souple et mince, notamment présentant une épaisseur inférieure à 100 pm.
Il peut être collé sur la surface optique, notamment au moyen d’un adhésif polymérique qui en outre couple acoustiquement le transducteur à la surface optique. L’adhésif peut être réticulable par illumination au moyen d’un rayonnement ultraviolet. Il est par exemple une résine époxy. Le transducteur peut être fixé par adhérence moléculaire, ou au moyen d’une couche fine métallique assurant l’adhérence entre la surface optique et la couche piézoélectrique. La couche peut être en un métal ou en alliage à basse température de fusion, i.e. présentant une température de fusion inférieure à 200 °C, par exemple en un alliage d’indium. En variante, la couche métallique peut être en un métal ou en un alliage présentant une température de fusion supérieure à 200 °C, par exemple en un alliage d’aluminium et/ou d’or.
Un exemple de fixation par adhérence moléculaire est décrit dans « Glass-on- LiNbO heterostructure formed via a two-step plasma activated lo -temperature direct bonding method », J. Xu et al., Applied Surface Science 459 (2018) 621-629, doi : 10.1016/j.apsusc.2018.08.031. Selon une autre variante, le transducteur peut être fixé sur la surface optique au moyen d’un procédé comportant une étape de fusion d’une portion de la couche piézoélectrique et/ou d’une portion de la surface optique suivie par une étape consistant à comprimer ensemble la couche piézoélectrique et la surface optique, les portions respectives en fusion de la surface optique et de la couche piézoélectrique étant en contact l’une de l’autre. Selon une autre variante, le transducteur peut être fixé sur la surface optique au moyen d’un procédé comportant le dépôt de couches de liaison en un alliage à basse température de fusion sur une portion du transducteur et sur une portion de la surface optique respectivement, la fusion au moins partielle desdites couches de liaison, puis la compression de la couche piézoélectrique et de la surface optique, les faces des couches de liaison opposées à la surface optique et à la couche piézoélectrique étant mises en contact l’une avec l’autre au cours de la compression. Les couches de liaison peuvent être déposées par pulvérisation cathodique, ou par une technique d’ évaporation mise en œuvre dans le domaine du dépôt de couches minces.
Le transducteur peut être disposé entre la surface optique et l’appareil. Ainsi, le transducteur peut être protégé par la surface optique des intempéries et/ou des projections. De préférence, le transducteur est alors conformé pour générer une onde de Lamb de façon à atteindre la face, opposée à l’appareil et au contact de laquelle un corps, par exemple une goutte de pluie, peut être déposé.
Dans une variante, la surface optique peut être disposée entre le transducteur et l’appareil. De préférence, le transducteur est alors au contact de la face de la surface optique opposée à l’appareil. Il peut être configuré pour émettre une onde de surface ultrasonore se propageant sur cette face. En particulier, le dispositif peut comporter un cache superposé au transducteur et conformé pour définir un logement de protection du transducteur.
De préférence, la couche piézoélectrique présente une forme d’une bande qui s’étend sur une face de la surface optique. De préférence, la bande s’étend le long de et de préférence parallèlement à un bord de la surface optique.
En particulier, la couche piézoélectrique peut former un cadre entourant au moins partiellement, notamment entièrement, la région d’intérêt optique. Le contour extérieur et/ou le contour intérieur du cadre peuvent être homothétiques du contour de la face de la surface optique sur laquelle la couche piézoélectrique est disposée.
L’épaisseur de la couche piézoélectrique peut être choisie en fonction de la longueur d’onde  de l’onde de surface ultrasonore. De préférence, l’épaisseur de la couche piézoélectrique est inférieure ou égale 5 * A à, de préférence inférieure ou égale à 1,5 * A, de préférence inférieure ou égale à A, voire inférieure ou égale à 0,5 * Â, notamment pour une fréquence de l’onde ultrasonore de surface étant comprise entre 0,1 MHz et 60 MHz.
La couche piézoélectrique peut présenter une épaisseur comprise entre 1 pm et 300 pm. Elle peut présenter une épaisseur inférieure ou égale à 100 pm, inférieure à 50 pm, voire inférieure à 10 pm.
Le rapport de l’épaisseur de la surface optique sur l’épaisseur de la couche piézoélectrique est de préférence supérieur à 2, de préférence supérieur à 10, voire supérieur à 50.
Elle peut être déposée sur la surface optique par un procédé choisi parmi le dépôt physique en phase vapeur, le dépôt chimique en phase vapeur, la pulvérisation magnétron et la résonance cyclotronique électronique.
La couche piézoélectrique peut être en un matériau choisi dans le groupe formé par le niobate de lithium, le nitrure d’aluminium, l’oxyde de zinc, le titano-zircanate de plomb, et leurs mélanges.
La couche piézoélectrique peut être opaque à la lumière. Dans une variante, elle peut être transparente.
Par « transparent », on entend une transparence à un rayonnement lumineux dans le visible et/ou à un rayonnement dans l’infrarouge et/ou à un rayonnement dans l’ultraviolet.
Les électrodes sont de polarité opposée, c’est-à-dire qu’elles sont destinées à être alimentées électriquement par des tensions électriques de signes opposés.
Les électrodes de polarité peuvent chacune comporter un peigne comportant une branche à partir de laquelle des doigts s’étendent. De préférence, les peignes sont interdigités.
Chacun des doigts d’un peigne peut présenter une largeur égale à la longueur d’onde fondamentale de l’onde ultrasonore de surface ou de l’onde de Lamb, divisée par 4 et l’espacement entre deux doigts consécutifs d’un peigne peut être égal à la longueur d’onde fondamentale de l’onde de surface ultrasonore ou de l’onde de Lamb, divisée par 4. L’espacement entre les doigts détermine la fréquence de résonance du transducteur que l’homme du métier sait aisément déterminer. La mise sous tension électrique alternative des électrodes de polarité opposée induit une réponse mécanique du matériau piézoélectrique, qui résulte en la génération d’une onde de surface ultrasonore ou d’une onde de Lamb qui se propage dans la surface optique. Les électrodes peuvent être métalliques. Elles peuvent être en chrome, ou aluminium ou en la combinaison d’une couche d’ accroche telle que le titane et une couche conductrice telle que l’or.
En variantes, les électrodes peuvent être en un oxyde transparent conducteur, par exemple choisi parmi l’oxyde d’indium étain, l’oxyde de zinc dopé à l’aluminium et leurs mélanges. En particulier, le transducteur peut être transparent et être formé de telles électrodes et d’une couche piézoélectrique transparente en niobate de lithium ou en oxyde de zinc, Le transducteur peut ainsi être disposé avantageusement dans le champ optique de l’appareil, par exemple pour optimiser le nettoyage de la surface optique, sans perturber significativement le fonctionnement de l’appareil par effet d’ombrage.
Les électrodes peuvent être déposées sur la couche piézoélectrique par un procédé d’évaporation ou de pulvérisation et mises en forme par photolithographie.
Elles peuvent être imprimées, par exemple par impression jet d’encre. En particulier, elles peuvent être imprimées sur un foil, par exemple en un matériau thermoplastique souple, et être appliquées par transfert du foil sur la couche piézoélectrique.
Le transducteur peut être configuré pour émettre une onde ultrasonore de surface ou une onde de Lamb dont la fréquence fondamentale peut être comprise entre 0, 1 MHz et 1000 MHz, de préférence comprise entre 10 MHz et 100 MHz, par exemple égale à 40 MHz, et/ou l’amplitude peut être comprise entre 1 nanomètre et 500 nanomètres. L’amplitude de l’onde correspond au déplacement normal de la face de la surface optique sur laquelle se propage l’onde de surface ultrasonore. Elle peut être mesurée par interférométrie laser.
L’onde de surface ultrasonore peut être une onde de Rayleigh, lorsque la surface optique présente une épaisseur supérieure à la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore. Une onde de Rayleigh est privilégiée car une proportion maximale de l’énergie de l’onde est concentrée sur la face de la surface optique sur laquelle elle se propage, et peut être transmise à un corps, par exemple une goutte de pluie, reposant sur la surface optique.
De préférence, le dispositif comporte au moins deux transducteurs, par exemple plus de cinq, voire plus de dix transducteurs.
Les transducteurs peuvent être configurés pour émettre des ondes acoustiques de surface se propageant selon des directions parallèles ou sécantes. Par exemple, le dispositif comporte au moins trois transducteurs qui sont configurés pour que les directions de propagation des ondes qu’ils sont aptes à générer s’intersectent en un lieu commun. Les transducteurs peuvent être répartis régulièrement sur le contour de la face de la surface optique sur laquelle ils sont disposés.
De préférence, les transducteurs partagent la même couche piézoélectrique. Autrement dit, les électrodes des différents transducteurs peuvent être au contact de la même couche piézoélectrique. Un tel dispositif est ainsi de fabrication aisée, par mise en œuvre successive d’une étape de dépôt de la couche piézoélectrique suivie d’une étape de dépôt des électrodes pour former les transducteurs.
La surface optique peut être autoporteuse, au sens où elle peut se déformer, notamment élastiquement, sans rompre sous son propre poids.
La face de la surface optique sur laquelle l’onde de surface ultrasonore ou l’onde de Lamb se propage peut être plane. Elle peut aussi être courbe, sous réserve que le rayon de courbure de la face soit supérieur à la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore. Ladite face peut être rugueuse. Les rugosités seront de préférence inférieures à la longueur d’onde fondamentale de l’onde de surface ultrasonore, afin d’éviter qu’elles n’affectent significativement leur propagation.
La surface optique peut se présenter sous la forme d’une plaque plane, ou présentant au moins une courbure selon une direction. En particulier, elle peut être une lentille. L’épaisseur de la plaque peut être comprise entre 100 pm et 5 mm. La longueur de la plaque peut être supérieure à 1 mm, voire supérieure à 1 cm, voire même supérieure à 1 m.
Par « épaisseur de la surface optique », on considère la plus petite dimension de la surface optique mesurée selon une direction perpendiculaire à la surface sur laquelle se propage l’onde ultrasonore de surface ou l’onde de Lamb.
La surface optique peut être disposée à plat par rapport à l’horizontale. En variante, elle peut être inclinée par rapport à l’horizontale d’un angle a supérieur à 10°, voire supérieur à 20°, voire supérieur à 45°, voire supérieure à 70°. Elle peut être disposée verticalement.
La surface optique est de préférence optiquement transparente, notamment à la lumière dans le visible ou à un rayonnement dans l’ultraviolet ou dans l’infrarouge.
Par ailleurs, la surface optique peut comporter un revêtement monocouche ou multicouche qui recouvre une face de la portion acoustiquement conductrice. Le revêtement peut notamment comporter une couche hydrophobe, une couche antireflet ou un empilement de ces couches. Par exemple la couche hydrophobe est constituée de monocouches auto-assemblées d’OTS ou peut résulter d’un dépôt d’un plasma à base de fluor. Le revêtement peut comporter une ou plusieurs couches antireflets en fonction de l’application visée (Visible, IR, . . .).
Le transducteur peut être au contact de la portion acoustiquement conductrice et la couche hydrophobe peut recouvrir entièrement le transducteur, afin de le protéger d’un contact avec de l’eau. Dans une variante, le revêtement est disposé entre le transducteur et la portion acoustiquement conductrice.
De préférence, la surface optique comporte une portion acoustiquement conductrice, le transducteur étant couplé acoustiquement à, et de préférence au contact de, la portion acoustiquement conductrice.
La portion acoustiquement conductrice est de préférence transparente.
La portion acoustiquement conductrice présente de préférence une longueur d’atténuation supérieure à la longueur de la surface optique, voire supérieure à 10 fois la longueur de la surface optique, voire même supérieure à 100 fois la longueur de la surface optique.
La portion acoustiquement conductrice peut être en tout matériau apte à propager une onde de surface ultrasonore ou une onde de Lamb. De préférence, elle est en un matériau présentant un module d’élasticité supérieur à 1 MPa, par exemple supérieur à 10 MPa, voire supérieur à 100 MPa, voire même supérieur à 1000 MPa, voire encore supérieur à 10000 MPa. Un matériau présentant un tel module d’élasticité présente une rigidité particulièrement adaptée à la propagation d’une onde de surface ultrasonore ou d’une onde de Lamb.
De préférence, la portion acoustiquement conductrice est en un verre ou en poly(méthacrylate de méthyle), aussi connu sous la référence commerciale de plexiglas®.
La surface optique peut consister en la portion acoustiquement conductrice.
Dans une variante, la surface optique peut comporter une portion acoustiquement isolante, c’est-à-dire absorbant l’onde ultrasonore de surface ou l’onde de Lamb sur une distance inférieure à la longueur de la surface optique, voire inférieure à 0,1 fois la longueur de la surface optique. La portion acoustiquement isolante est de préférence superposée, notamment intégralement, à la portion acoustiquement conductrice. La portion acoustiquement isolante peut recouvrir intégralement la portion acoustiquement conductrice. De préférence, la portion acoustiquement isolante est en polycarbonate. D’autres matériaux caoutchoutiques ou plastiques peuvent être envisagés.
La portion acoustiquement isolante est de préférence transparente.
En particulier, la portion acoustiquement isolante et la portion acoustiquement conductrice peuvent être empilées l’une sur l’autre, et de préférence au contact l’une de l’autre. En particulier, la portion acoustiquement conductrice peut présenter une épaisseur au moins cinq fois inférieure à l’épaisseur de la portion acoustiquement isolante. Ainsi, la portion acoustiquement isolante peut conférer une résistance mécanique à la surface optique tandis que la portion acoustiquement conductrice permet d’assurer la fonction de nettoyage par le transport de l’onde ultrasonore.
La portion acoustiquement conductrice peut être montée de manière amovible sur la portion acoustiquement isolante. Ainsi, il est possible de remplacer facilement l’une des dites portions lorsqu’elle est endommagée, par exemple suite à un contact avec un corps solide, par exemple un caillou lors d’un mouvement du dispositif.
En particulier, la portion acoustiquement conductrice peut être collée sur la portion acoustiquement isolante au moyen d’un adhésif réversible.
L’appareil est configuré pour capter et/ou émettre un rayonnement. A cette fin, il comporte un capteur et/ou un émetteur du rayonnement.
En particulier, l’appareil peut être choisi parmi un appareil de télédétection optique, par exemple un lidar, un appareil photographique, une caméra, un radar, un capteur infrarouge et un télémètre à ultrasons.
La surface optique peut être superposée au capteur et/ou à l’émetteur, notamment afin de protéger le capteur. De préférence, la surface optique est à distance du capteur et/ou de l’émetteur.
Elle peut être une lentille destinée à dévier le rayonnement en direction du capteur ou en provenance de l’émetteur.
En variante, elle peut être un organe de protection optique, par exemple pour protéger le capteur et/ou l’émetteur. Un « organe de protection optique » est tel qu’il ne dévie pas le trajet optique d’un rayonnement qui le traverse.
En particulier, l’appareil comporte la surface optique qui est une lentille ou la surface optique est un organe de protection de l’appareil. Le dispositif peut être un véhicule automobile et l’appareil est configuré pour acquérir une grandeur choisie parmi la distance entre le véhicule et un objet, la vitesse du véhicule, le positionnement du véhicule par rapport à une voie de circulation, ainsi que toute information complémentaire telle que la nature du véhicule (camion, vélo...) ou la nature d’objets (civils, animaux...).
En variante, la surface optique peut être un substrat d’un laboratoire sur puce, notamment destiné à des applications microfluidiques.
La surface optique peut être une paroi exposée à la condensation d’un liquide pouvant solidifier, par exemple un vitrage d’un bâtiment.
Le dispositif, notamment l’appareil, peut comporter un boitier dans lequel le capteur et/ou l’émetteur sont logés et la surface optique peut être montée de manière amovible sur le boîtier. En particulier, la surface optique peut être fixée sur le boitier de manière à obturer hermétiquement le boitier, afin de protéger le capteur et/ou l’émetteur. Notamment, la surface optique peut être fixée sur une monture, qui peut être vissée sur le boitier. Ainsi, la surface optique peut aisément être remplacée si elle vient à être endommagée.
Par ailleurs, l’unité de nettoyage peut comporter un générateur électrique pour alimenter électriquement le transducteur, de telle sorte que le transducteur convertisse le signal d’alimentation électrique en une onde ultrasonore de surface ou en une onde de Lamb.
L’invention concerne encore l’utilisation d’un dispositif selon l’invention, pour évacuer un corps au contact de la surface optique hors de la région d’intérêt optique.
L’utilisation peut comporter l’alimentation électrique de l’unité de nettoyage pour fondre le corps lorsque le corps est à l’état solide, et/ou maintenir le corps à l’état liquide lorsque la température de la surface optique est inférieure à la température de solidification du corps.
Le corps à l’état liquide peut se présenter sous la forme d’au moins une goutte ou d’au moins un film. L’énergie de l’onde ultrasonore de surface peut être suffisante pour induire le déplacement du corps à l’état liquide sur la face de la surface optique. Le corps peut être aqueux, notamment est de l’eau de pluie ou l’eau de rosée. La température de la surface optique peut être inférieure à 0°C. Le corps est par exemple un givre ou de la neige.
L’invention concerne enfin un véhicule, de préférence automatisé, ou un organe d’un tel véhicule comportant un dispositif selon l’invention. Par véhicule automatisé, on entend un véhicule dont la conduite sur route ouverte peut être assurée sans l’intervention d’un conducteur humain. Le véhicule est de préférence un véhicule automobile, notamment une voiture ou un camion.
Un organe d’un tel véhicule peut être choisi parmi un module de phare d’éclairage, un système contenant un ensemble de différents capteurs aussi dénommé « pod », au moins une vitre latérale, une lunette avant ou une lunette arrière et une unité d’aide à la conduite.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig. 1] la figure 1 représente de manière schématique, et en coupe transversale, un exemple de dispositif selon l’invention,
[Fig. 2] la figure 2 représente de manière schématique, un autre exemple de dispositif,
[Fig. 3] la figure 3 représente schématiquement en vue de face, une partie d’un exemple de dispositif selon l’invention,
[Fig. 4] la figure 4 représente schématiquement en vue de face, une partie d’un autre exemple de dispositif selon l’invention,
[Fig. 5] la figure 5 représente schématiquement et en coupe transversale, une partie d’un exemple de dispositif selon l’invention,
[Fig. 6] la figure 6 représente schématiquement et en coupe transversale, une partie d’un autre exemple de dispositif selon l’invention, et
[Fig. 7] la figure 7 représente de manière schématique, et en coupe transversale, un exemple de dispositif selon l’invention.
Les éléments constitutifs du dessin n’ont pas toujours été représentés à l’échelle par souci de clarté.
On a illustré sur la figure 1 un premier exemple de dispositif 5 selon l’invention.
Le dispositif comporte une surface optique 10, une unité de nettoyage 15 de la surface optique et un appareil 20.
L’appareil 20 comporte un capteur 25 pour capter un rayonnement R et une lentille 30 pour orienter le rayonnement R vers le capteur. En variante ou de manière additionnelle, il peut comporter un émetteur pour émettre un rayonnement. Par exemple, l’appareil comporte un lidar qui est configuré pour émettre un rayonnement laser et capter en retour la partie réfléchie par un objet de ce rayonnement laser.
Par ailleurs, la lentille 30 est optionnelle. Dans un exemple de réalisation non représenté, l’appareil en est exempt.
L’appareil définit un champ optique Co qui correspond à la portion de l’espace en provenance de laquelle il est apte à acquérir un rayonnement. Hors de ce champ optique, même si le rayonnement peut atteindre le capteur, ce dernier n’est pas apte à l’acquérir.
La surface optique 10 recouvre intégralement le capteur 25 et est ainsi un organe de protection 35 de l’appareil. Par exemple, le dispositif est monté sur un véhicule automobile qui peut se déplacer selon une direction X, la surface optique forme une barrière contre les corps 40, tels que des poussières, des particules de boue et des gouttes de pluie qui entrent en contact avec la face 45 de la surface optique opposée au capteur.
Par ailleurs, la surface optique est transparente au rayonnement reçu par le capteur. La surface optique est par exemple en verre. Toutefois, elle peut être en un matériau opaque à un rayonnement dans le visible mais transparent aux longueurs d’onde du rayonnement que le capteur est apte à acquérir.
Dans l’exemple illustré, la surface optique se présente sous la forme d’un disque dont l’épaisseur ep est par exemple comprise entre 0,5 mm et 5 mm. Dans une variante, la surface optique peut être courbée, et par exemple présenter une forme d’une lentille.
Le dispositif peut comporter, comme illustré, un boitier 50 qui définit une chambre 55 logeant le capteur. La chambre 55 peut notamment être délimitée par une paroi pleine 60 du boitier et par la surface optique 10, de telle sorte à être étanche à l’air et à l’eau. Le capteur est ainsi protégé des intempéries.
En particulier, la surface optique peut obturer le boitier. Par exemple, la surface optique est montée sur une bague 65, qui est vissée sur le boitier 50.
La surface optique est ainsi amovible, ce qui permet son remplacement simple lorsque par exemple elle a été endommagée par un projectile.
L’unité de nettoyage 15 de la surface optique comporte deux transducteurs 70 qui sont disposés au contact de la surface optique et qui sont couplés acoustiquement avec la surface optique. L’unité de nettoyage comporte en outre un générateur de courant 75 pour alimenter électriquement les transducteurs. Le nombre de transducteurs n’est pas limitatif. Notamment, le dispositif peut comporter un unique transducteur. Les transducteurs comportent par ailleurs chacun une couche piézoélectrique 80 et des électrodes 85 de polarité opposée disposées sur la couche piézoélectrique. De tels transducteurs en couche permettent ainsi la fabrication de dispositif particulièrement compacts. Ils peuvent en outre être aisément disposés sur des surfaces optiques courbées.
Les transducteurs peuvent chacun générer une onde ultrasonore de surface Ws ou une onde de Lamb Wi.qui se propage dans la surface optique. Dans l’exemple illustré sur la figure 1, les transducteurs sont disposés sur la face 90 de la surface optique opposée à la face à nettoyer 45. Ils sont de préférence configurés pour générer une onde de Lamb qui atteint la face à nettoyer 45.
Par ailleurs, les transducteurs délimitent une région d’intérêt optique 100 qui est non superposée avec les transducteurs.
De préférence, une partie de la région d’intérêt optique est contenue dans le champ optique de l’appareil. Autrement dit, les transducteurs sont disposés hors du champ optique de l’appareil, de telle sorte qu’ils n’interfèrent sensiblement pas avec le rayonnement traversant la région d’intérêt optique et qui est capté par le capteur.
Afin de réduire l’encombrement, comme illustré sur la figure 1, les transducteurs sont de préférence disposés sur la périphérie de la surface optique. Ainsi, il est possible de maximiser l’aire de la région d’intérêt optique en déportant les transducteurs en périphérie. Les transducteurs d’onde peuvent notamment s’étendre chacun à partir d’un bord de la surface optique sur une distance inférieure à 10 %, voire inférieure à 5 % de la longueur de la surface optique.
Dans l’exemple illustré, les transducteurs s’étendent sur la face 90 directement à partir du bord 105.
Le dispositif de la figure 2 diffère de celui illustré sur la figure 1 en ce que les transducteurs 70 sont disposés sur la face à nettoyer 45 de la surface optique 10 qui est opposée à la face 90 en regard du capteur 25.
Les transducteurs sont de préférence configurés pour générer une onde de surface ultrasonore Ws se propageant le long de la face à nettoyer 45 afin de déplacer un corps en contact avec ladite face.
Comme cela est illustré, de manière optionnelle, le boitier 50 présente un épaulement 115 qui forme un cache et recouvre les transducteurs 70, de façon à les protéger des intempéries. La figure 3 illustre une partie d’un dispositif 5 selon l’invention selon une vue perpendiculaire à une des faces 45, 90 de la surface optique.
Deux transducteurs sont disposés au contact de l’une des faces de la surface optique. Ils comportent chacun une couche piézoélectrique 80 qui est au contact de la surface optique et qui s’étend en bande B entre deux bords opposés 120 et parallèlement à un troisième bord 125 qui relie ces deux bords opposés. Des électrodes 85 de polarité opposée et comportant des peignes interdigitées sont disposées sur la couche piézoélectrique, et sont agencées de telle sorte à générer une onde ultrasonore de Lamb WL OU de surface Ws qui se propage dans la région d’intérêt optique, afin de nettoyer les corps 40 déposés sur celles-ci.
La portion du dispositif représenté sur la figure 4 diffère de celui illustré sur la figure 3 en ce que les transducteurs 70 partagent une même couche piézoélectrique 80 qui délimite un cadre 130 entourant la région d’intérêt optique 100. Le cadre est par exemple rectangulaire. Il présente un contour extérieur 135 qui est confondu avec le contour de la face de la surface optique sur laquelle la couche piézoélectrique est déposée. En outre, le dispositif peut comporter un nombre plus élevé de transducteurs, disposés par exemple de manière régulière autour du cadre. Pour faciliter la fabrication d’un tel dispositif, les électrodes 85 peuvent être imprimées sur la couche piézoélectrique. Un agencement des transducteurs tel que décrit sur les figures 3 et 4 peut bien évidemment être mis en œuvre dans les exemples illustrés sur les figures 1, 2 et 7.
La figure 5 illustre une vue en coupe d’une partie du dispositif de la figure 3. La surface optique 10 comporte une portion acoustiquement conductrice 150, par exemple faite de verre, et un revêtement 155 recouvrant intégralement une face 160 de la portion acoustiquement conductrice, et constitué par l’empilement d’une couche antireflet 165 et d’une couche hydrophobe 170, afin par exemple d’empêcher des gouttes de pluie de s’étaler sur la surface optique et pour faciliter leur évacuation. Le transducteur 70 est disposé au contact du revêtement à l’opposé de la portion acoustiquement conductrice. Le revêtement présente de préférence une épaisseur suffisamment faible au regard de la longueur d’onde de l’onde de surface générée par le transducteur. Ainsi, la portion acoustiquement conductrice et le transducteur sont couplés acoustiquement.
Le dispositif illustré sur la figure 6 diffère de celui illustré sur la figure 5 en ce que le transducteur 70 est pris en sandwich entre la couche hydrophobe 170 et la portion acoustiquement conductrice 150. Ainsi la couche hydrophobe protège le transducteur. Enfin, la figure 7 illustre encore un exemple de réalisation d’un dispositif 5 selon l’invention. Il diffère de l’exemple de la figure 2 en ce que la surface optique est une lentille 178 comportant une portion acoustiquement conductrice 150 et une portion acoustiquement isolante 180 empilées l’une sur l’autre.
Outre son aptitude à modifier le trajet d’un rayonnement la traversant, la lentille 178 protège en outre le capteur 25.
Par ailleurs, la portion acoustiquement isolante est par exemple plus épaisse que la portion acoustiquement isolante et peut supporter mécaniquement la portion acoustiquement conductrice. Le transducteur est couplé acoustiquement à la portion acoustiquement conductrice.
La portion acoustiquement conductrice peut être montée de manière amovible, par exemple au moyen d’une couche d’adhésif réversible disposée entre les faces en regard de la portion acoustiquement isolante et de la portion acoustiquement conductrice. Ainsi, la portion acoustiquement isolante peut aisément être remplacée.
La portion acoustiquement conductrice 150 est disposée à l’opposé du capteur 25 par rapport à la portion acoustiquement isolante 180. Ainsi, l’unité de nettoyage peut nettoyer la face 45 de la portion acoustiquement conductrice sur laquelle des corps 40, par exemple des gouttes de pluie peuvent s’accumuler.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation de l’invention présentés à titre illustratif et non limitatifs.

Claims

Revendications
1. Dispositif (5) comportant :
- une surface optique (10),
- une unité de nettoyage (15) de la surface optique comportant au moins un transducteur (70) d’onde couplé acoustiquement avec la surface optique, le transducteur d’onde comportant une couche piézoélectrique (80) et des électrodes (85) de polarité opposée au contact de la couche piézoélectrique, et étant configuré pour générer au moins une onde ultrasonore de surface (Ws) ou une onde de Lamb (WL) se propageant dans la surface optique,
- la surface optique présentant au moins une région d’intérêt optique (100) non superposée avec le transducteur d’onde, le dispositif comportant un appareil (20) configuré pour capter et/ou émettre un rayonnement (R) à travers la région d’intérêt optique (100).
2. Dispositif selon la revendication 1, le transducteur d’onde étant disposé hors du champ optique (Co) de l’appareil.
3. Dispositif selon l’une quelconque l’une quelconque des revendications 1 et 2, comportant une unité de traitement configurée pour analyser, de préférence seulement, le rayonnement capté par l’appareil optique à travers la région d’intérêt optique.
4. Dispositif selon des revendications précédentes, le transducteur étant disposé en périphérie de la surface optique.
5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transducteur d’onde s’étend à partir d’un bord de la surface optique sur une distance inférieure à 10 %, voire inférieure à 5 % de la longueur de la surface optique.
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le transducteur s’étendant à partir d’un bord de la surface optique sur une distance inférieure à 30 mm, de préférence inférieure à 20 mm, de préférence inférieure à 10 mm.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la couche piézoélectrique formant au moins une bande (B) s’étendant sur une face (45,90) de la surface optique.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la couche piézoélectrique formant un cadre (130) entourant au moins partiellement la région d’intérêt optique.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant plusieurs transducteurs d’onde qui partagent la même couche piézoélectrique.
10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le transducteur d’onde étant au contact de, la surface optique, en particulier le transducteur étant fixé sur la surface optique, par exemple collé au moyen d’un adhésif polymérique qui couple acoustiquement le transducteur à la surface optique ou par adhérence moléculaire ou au moyen d’une couche fine métallique assurant l’adhérence entre la surface optique et la couche piézoélectrique, ou au moyen d’un procédé comportant une étape de fusion d’une portion de la couche piézoélectrique et/ou d’une portion de la surface optique suivie par une étape consistant à comprimer ensemble la couche piézoélectrique et la surface optique, les portions respectives en fusion de la surface optique et de la couche piézoélectrique étant en contact l’une de l’autre.
11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la surface optique comportant une portion acoustiquement conductrice (150), de préférence en verre, le transducteur d’onde étant couplé acoustiquement à la portion acoustiquement conductrice, et étant de préférence au contact de la portion acoustiquement conductrice.
12. Dispositif selon la revendication 11, la surface optique comportant un empilement comportant une portion acoustiquement isolante (180) et la portion acoustiquement conductrice (150) empilées l’une sur l’autre.
13. Dispositif selon la revendication 12, la portion acoustiquement conductrice étant montée de manière amovible sur la portion acoustiquement isolante.
14. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’appareil comportant la surface optique qui est une lentille (178), ou la surface optique est un organe de protection (35) de l’appareil.
15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’épaisseur de la couche piézoélectrique étant inférieure ou égale 5 * Â à, de préférence inférieure ou égale à 1,5 * A, de préférence inférieure ou égale à A, voire inférieure ou égale à 0,5 * Â, notamment pour une fréquence de l’onde ultrasonore de surface étant comprise entre 0,1 MHz et 60 MHz.
16. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la couche piézoélectrique présentant une épaisseur comprise entre 1 pm et 300 pm.
17. Véhicule, de préférence automatisé, comportant un dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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