WO2023213664A1 - Système de détection et/ou de communication d'un véhicule automobile comportant un module d'émission d'un faisceau lumineux - Google Patents

Système de détection et/ou de communication d'un véhicule automobile comportant un module d'émission d'un faisceau lumineux Download PDF

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WO2023213664A1
WO2023213664A1 PCT/EP2023/061041 EP2023061041W WO2023213664A1 WO 2023213664 A1 WO2023213664 A1 WO 2023213664A1 EP 2023061041 W EP2023061041 W EP 2023061041W WO 2023213664 A1 WO2023213664 A1 WO 2023213664A1
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WO
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light
light beam
module
spectrum
rays
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/061041
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English (en)
Inventor
Sidahmed BEDDAR
Mickael MIMOUN
Original Assignee
Valeo Vision
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication

Definitions

  • the invention relates to the field of automobile lighting and data transmission functions using light emitted by an automobile lighting system. More specifically, the invention relates to a system of a motor vehicle for receiving data transmitted by a light beam.
  • the light source allowing the emission of this light beam is controlled by an electrical signal modulated in pulse width, or PWM (from English “Pulse Width Modulation”).
  • PWM pulse width modulated in pulse width
  • the light source is thus periodically activated and deactivated by this PWM signal, so that the light beam emitted is composed of light pulses following one another with a frequency high enough that the human eye no longer distinguishes them.
  • the intensity of the light beam emitted is a function of the duty cycle of this PWM signal, so that it is possible to control it by adjusting this duty cycle. It is then possible to modulate this PWM signal using a data sequence so that this data sequence is transported by the light beam.
  • the light beam can retain its original function, namely carrying out a photometric function, while allowing the transport of the data sequence.
  • This type of technology is known for example under the name VLC (from the English “Visible Light Communication”), or even under the name LiFi (from the English Light Fidelity).
  • the light module can thus be integrated into a transmission module capable of carrying out communication functions of a data sequence with another vehicle or with an infrastructure which is equipped with a reception module capable of demodulating the light beam that it receives to extract the data sequence.
  • the headlight comprising the emission module can be equipped with a reception module in order to receive the emitted light beam, after reflection on an object in the vicinity of the vehicle. We can then, by demodulation and extraction of the sequence of transmitted data, determine the time of flight of the emitted light beam and therefore evaluate the distance separating the vehicle from the object.
  • the reception module intended to receive the light beam carrying the data must include at least one photodetector to convert this light beam into an electrical signal in order to demodulate this signal and extract a sequence of data.
  • this photodetector can see its signal-to-noise ratio be significantly degraded. This is particularly the case in strong sunlight conditions. Indeed, under such conditions, the illumination of the sun, in the visible spectrum in which the light source of the emission module operates, can be significantly greater than that of the light beam received, so as to cause saturation of the photodetector. In this state, the photodetector passes into a non-linear operating state and finds itself unable to properly convert the light beam into an electrical signal that can be demodulated without loss of information.
  • the present invention is placed in this context, and aims to respond to this need.
  • the subject of the invention is a system of a motor vehicle, comprising a transmission module comprising a light module capable of emitting a light beam whose spectrum simultaneously presents at least one portion in the visible spectrum and a portion in the infrared spectrum and a modulation unit capable of receiving a data sequence and arranged to modulate said light beam emitted from the received data sequence.
  • This spectrum indeed presents, in the infrared wavelength range, several dips corresponding to wavelength ranges in which the illumination is less significant, or even non-existent. Therefore, it is possible to use, at the level of the emission module, an infrared type light source which makes it possible to avoid saturation of the photodetector(s) of the reception module in the event of significant sunlight.
  • this light source alone is not sufficient. On the one hand, it does not make it possible to perform a photometric function which requires visible light.
  • water absorbs a major part of the light spectrum, with the exception of a range of wavelengths including the visible spectrum.
  • a system based solely on infrared light would see its signal-to-noise ratio optimized in the event of significant sunshine but significantly degraded in the event of rain or fog.
  • a system based solely on visible light will see its signal-to-noise ratio optimized in the event of rain or fog, taking into account the absence of absorption of visible light by the rain, but strongly degraded in case of significant sunshine.
  • a system based on the simultaneous emission of visible light and infrared light makes it possible to take advantage of the advantages of these two types of light and thus maximize its signal-to-noise ratio, in all weather conditions.
  • infrared makes it possible to respond to the problem of saturation of the photodetector by sunlight, taking into account the dips in the solar spectrum
  • visible light makes it possible to respond to the problem of absorption of light by the water, taking into account the lower absorption of the visible spectrum. Consequently, the invention thus proposes, in response to the emission of such a light beam, a system in which the emission module is capable of emitting a modulated light beam composed of visible light and infrared.
  • the light module can be arranged so that the spectrum of the emitted light beam has a first peak in the visible spectrum, for example in a range from 400 nm to 500 nm, in particular from 440 nm to 460 nm, in particular at 445 nm or at 450 nm, and a second peak in the infrared spectrum, for example in a range from 925 nm to 975 nm, in particular at 950 nm, or in a range from 1100 nm to 1175 nm, in particular at 1140 nm, or still in a range from 1325 nm to 1500 nm, especially at 1400 nm.
  • a first peak in the visible spectrum for example in a range from 400 nm to 500 nm, in particular from 440 nm to 460 nm, in particular at 445 nm or at 450 nm
  • a second peak in the infrared spectrum for example in a range from 925 nm to 9
  • the light module comprises a light source capable of emitting light rays whose wavelength(s) are located in the visible spectrum and light rays whose wavelength(s) are located in the infrared spectrum and an optical unit arranged to project the light rays emitted by the light source to form said light beam.
  • the light source may be a laser type source, a light-emitting diode, a vertical-cavity surface-emitting laser diode, also called VCSEL (from the English “Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser”) or even a superluminescent diode or SLED (from the English “Superluminescent diode”).
  • the modulation unit can be arranged to control the light source, and in particular a power supply supplied to this light source, to modulate the light beam.
  • the light source comprises a generator capable of emitting rays of light of a first wavelength located in the visible spectrum, a first photoluminescent element capable of absorbing part of said rays of light of the first length of wave and emit rays of light of a second wavelength also located in the visible spectrum and a second photoluminescent element capable of absorbing part of said rays of light of the first and/or second wavelength and emitting rays of light of a third wavelength located in the infrared spectrum.
  • the generator may be a semiconductor generator, for example gallium nitride or GaN (from the English “Gallium Nitride”), capable of emitting rays of blue light.
  • the first photoluminescent element, or phosphor may include a yttrium and aluminum garnet doped with cerium, or CE:YAG, which is capable of absorbing part of the blue light rays emitted by the generator and to emit, in response, rays of yellow light.
  • the second photoluminescent element also phosphorus, may include a zinc gallate, or a calcium gallogermanate or even a silicate of gallium and lanthanum, doped with cerium, the second element being in this case capable of absorbing part of the rays of light of blue color emitted by the generator and to emit, in response, rays of infrared light.
  • the second photoluminescent element may comprise particles of the quantum dot type, or “quantum dots” or even perovskite.
  • the second photoluminescent element is placed on the generator and the first photoluminescent element is placed on the second photoluminescent element.
  • the second element absorbs part of said rays of light of the first wavelength and emits, in response, rays of light of the third wavelength.
  • the first photoluminescent element is placed on the generator and the second photoluminescent element is placed on the first photoluminescent element.
  • the first and second photoluminescent elements are each arranged on the generator, for example by being juxtaposed, mixed or intertwined.
  • the light module comprises a first light source capable of emitting light rays whose wavelength(s) are located in the visible spectrum and a second light source capable of emitting light rays the wavelength(s) of which are located in the infrared spectrum and an optical unit arranged to project the light rays emitted by the first and second light sources to form said light beam.
  • the modulation unit may be arranged to control each of the first and second light sources to modulate the light beam, in particular using the same data sequence or with distinct data sequences for the first and second light sources.
  • the modulation unit is arranged to generate a control signal modulated in pulse width, to modulate said control signal from the received data sequence and to control the emission of said light beam by the light module at from the modulated control signal.
  • the modulation unit could be arranged to convert said received data sequence into a modulating signal and to modulate, for example in amplitude, frequency or phase, the control signal with this modulating signal.
  • the system is characterized in that the reception module comprises a control unit capable of receiving information relating to a meteorological condition in the vicinity of the motor vehicle and arranged to selectively activate one or the other of the first and second reception modules. Elementary acquisition based on said information.
  • the reception module makes it possible to decompose the light beam received into a first beam of visible light and a second beam of infrared light, and to process only one or the other of these beams, to extract a sequence of data, depending on the weather conditions in the vicinity of the motor vehicle. It is thus understood that the control unit can prevent the transmission of the first or second light beam to the photodetector or even prevent the conversion carried out by the photodetector, depending on the state of the sunshine or depending on the presence of rain or fog. , so as to avoid saturation of this photodetector or excessive attenuation of the signal.
  • the or each first acquisition module can transmit all or part of the light beam that it receives.
  • the spectrum of the first light beam may be identical to the spectrum of the light beam received or on the other hand correspond to only part of this spectrum extending into the visible spectrum, that is to say a range of lengths d wave between 380 nm and 780 nm.
  • the or each second acquisition module transmits only part of the light beam it receives.
  • the spectrum of the second light beam will correspond to only part of the spectrum of the received light beam, extending into the infrared spectrum, that is to say a range of wavelengths strictly greater than 780 nm.
  • the system comprises a module for acquiring said information relating to a meteorological condition in the vicinity of the motor vehicle, for example comprising an ambient light sensor, a rain sensor and/or a camera.
  • said acquisition module may include a calculation unit capable of determining said information from the data acquired by the sensor and/or said camera, in particular by implementing one or more signal processing algorithms and/or images, such as machine learning algorithms that have been trained beforehand.
  • the acquisition module may comprise at least one, or even several or each, of the photodetectors of the elementary acquisition modules. Indeed, in the case where the light beam received is a beam composed of a succession of pulses, there are short moments in which the photodetectors are not used and can thus play the role of ambient light sensors.
  • the system may include a communication module capable of receiving said information relating to a meteorological condition in the vicinity of the motor vehicle from a remote system, for example from a meteorological data server.
  • control unit is arranged to, in response to receipt of information indicating sunshine of the vehicle, activate only the or each second elementary acquisition module, and to, in response to receipt of information indicating the presence of rain or fog in the vicinity of the vehicle, activate only the or each first elementary acquisition module.
  • saturation of the avalanche photodiode type photodetector depends on the flow rate of photons incident on this photodetector.
  • the minimum vehicle sunlight level likely to cause saturation of the photodetectors, and therefore beyond which the or each second elementary acquisition module is activated can thus be determined according to the dimensions of these photodetectors and their efficiency. , for example dead time, during which a photodetector is turned off after a detection.
  • the or each first elementary acquisition module is activated by default, whether the or each second elementary acquisition module is activated by default, or each of the first(s) and second elementary acquisition module(s) is activated.
  • the reception module comprises an optical unit arranged opposite said plurality of elementary acquisition modules, and presenting for example a focal plane passing through each of the photodetectors.
  • the reception module comprises a plurality of optical units each arranged opposite one of the elementary acquisition modules and having a focal plane passing through the photodetector of this module. elementary acquisition.
  • the first elementary acquisition module comprises a blue light filter.
  • the white light making it possible to obtain the light beam is generally obtained from a blue light generator, and of a photoluminescent material, or phosphor, absorbing part of this blue light to emit yellow light in response, the remainder of the blue light and this yellow light forming, by additive synthesis, white light.
  • a yellow photon is necessarily emitted more slowly than a blue photon.
  • the resolution of evaluating the time of flight will necessarily be higher if the evaluation is done using light only. blue rather than from another wavelength range, or even from the entire visible spectrum.
  • the use of a blue light filter thus makes it possible to reduce the uncertainty in detecting the distance of an obstacle to the vehicle.
  • the use of a blue light filter makes it possible to increase the data communication rate between a transmitting module and the receiving module.
  • the blue filter will be a band-pass absorbing filter, arranged so that the passband of the filter has a transmission peak around a wavelength in the blue, for example at substantially 445 nm.
  • the transmission coefficient of the filter will be at least 80% in the bandwidth and the width of the bandwidth to be less than 100 nm, for example between 10 and 40 nm.
  • the blue light filter can be arranged opposite the photodetector and its dimensions can correspond substantially to the dimensions of the photodetector.
  • the photodetector may have a width and/or length of less than ten micrometers, which makes it possible to obtain a reception field of the elementary acquisition module of a maximum of 0.1° and therefore to increase the spatial resolution of the reception module.
  • the first elementary acquisition module may include a light filter from another wavelength range of the visible spectrum.
  • the first elementary acquisition module may be devoid of filter.
  • the second elementary acquisition module comprises an infrared light filter.
  • the infrared light filter absorbs the visible spectrum, which is likely to saturate the photodetector, and lets the infrared light pass, which is not impacted by the light of the sun.
  • the infrared filter will be a band-pass absorbing filter, arranged so that the passband of the filter has a transmission peak around a wavelength in the infrared, for example at substantially 1400 nm.
  • the transmission coefficient of the filter will be at least 80% in the bandwidth and the width of the bandwidth to be less than 150 nm, for example between 60 and 100 nm.
  • the reception module comprises a plurality of first elementary acquisition modules and a plurality of second elementary acquisition modules, the first and second acquisition modules being arranged in matrix form and being alternated. This ensures that the entire road scene can be addressed by the reception module and all of the first and second acquisition modules, whatever the weather conditions, so that the deactivation of the first or second acquisition modules has little or no impact on system performance.
  • all of the photodetectors can form a sensor, for example a single electronic component.
  • all of the filters can form a single part, for example a film, placed on the sensor.
  • the first and second elementary acquisition modules can be distributed in the form of a checkerboard.
  • each element of the matrix is a first or a second elementary acquisition module and each first elementary acquisition module, respectively each second elementary acquisition module, is only surrounded by second elementary acquisition modules , respectively first elementary acquisition modules.
  • Other distribution patterns could be considered, without departing from the scope of the present invention.
  • the photodetector of each elementary acquisition module is an avalanche photodiode.
  • This type of photodetector is also known as SPAD, from English “Single-Photon Avalanche Diode”. All of the avalanche photodiodes can thus form a silicon photomultiplier or SiPM (from the English “Silicon PhotoMultiplier”).
  • SiPM from the English “Silicon PhotoMultiplier”.
  • This type of photodetector makes it possible to detect the incidence of a single photon with a significant gain, for example of the order of 10 6 , and therefore to compensate for degradations in the signal-to-noise ratio due to external conditions or even to filter absorptions.
  • each elementary acquisition module comprises a shutter element capable of selectively blocking or authorizing the reception of said light beam by this elementary acquisition module and the control unit is arranged to activate the blocking state or passing from each of the shutter elements according to said information.
  • each shutter element can take an opaque state or a transparent state. It is thus understood that, in the event of significant sunlight, the control unit makes the shutter element of the or each first elementary acquisition module opaque, to avoid saturation of the photodetector, and makes the shutter element transparent. shutter element of the or each second elementary acquisition module, in order to be able to demodulate the light beam and extract a sequence of data.
  • control unit makes the shutter element of the or each second elementary acquisition module opaque, to avoid conversion of an overly attenuated signal, and makes transparent the shutter element of the or each first elementary acquisition module, in order to be able to demodulate the light beam and extract a sequence of data.
  • the shutter elements can be arranged in front of the blue and infrared filters, for example between an optical unit of the reception module and these filters, or between the blue and infrared filters and the photodetectors.
  • the shutter elements could be formed by a matrix of elementary polarizing filters, in particular of the LCD type (from the English "Liquid Crystal Display"), the polarization, and therefore the transparent or opaque state, of each filter elementary polarizer being controlled by the control unit.
  • the photodetector of each elementary acquisition module is capable of selectively borrowing an active state or an inactive state
  • the control unit is arranged to control the active or inactive state of each of the photodetectors according to said information.
  • a photodetector In its inactive state, a photodetector is unable to perform a conversion. Therefore, it is possible to avoid carrying out a conversion when a photodetector is saturated.
  • the control unit could be arranged to control the power supply of each of the photodetectors, a photodetector being in an inactive state if it is not powered.
  • the reception module comprises a demodulation unit connected to each of the photodetectors and arranged to extract a sequence of data from an electrical signal converted by one of these photodetectors.
  • the system comprises a calculation unit arranged to detect, in a sequence of data extracted by the demodulation unit from an electrical signal converted by a photodetector from a light beam received by the reception module, the presence of a sequence of data, in particular predetermined, modulating the light beam emitted by the emission module and to determine a time of flight separating the emission of said emitted light beam from the reception of said received light beam .
  • the emission module is arranged so that the light beam participates, totally or partially, in the realization of a predetermined regulatory photometric function.
  • a predetermined regulatory photometric function For example, it could be a daytime running light or DRL (from the English “Daytime Running Lamp”), which has the advantage of being emitted in a wide field with a low intensity.
  • the transmission module and the reception module are arranged in a front headlight of the motor vehicle.
  • the invention also relates to a transmission module for a system of a motor vehicle according to the invention.
  • the invention also relates to a front headlight of a motor vehicle comprising a reception module, and optionally a transmission module, according to the invention.
  • FIG. 1 represents, schematically and partially, a view of a system of a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the invention
  • System 1 comprises a transmission module 2 arranged to emit a light beam F1 and a reception module 3 intended to receive a light beam F2.
  • the transmission module 2 and the reception module 3 are arranged in the same front headlight of the motor vehicle. It could be envisaged that modules 2 and 3 be arranged in different locations of the motor vehicle, without departing from the scope of the present invention.
  • the transmission module 2 comprises a light module 21 and a modulation unit 22.
  • the light module 2 is arranged so that the light beam F1, which it emits, presents an electromagnetic spectrum S of which at least one portion is located in the visible spectrum and another portion of which is located in the infrared spectrum.
  • the spectrum S presents a first peak of intensity P1, or line, in the blue, for example at 445 nm, as well as a second peak of intensity P2 in the infrared, for example at 1400 nm. It will be noted that other intensity peaks are possible, and in particular intensity peaks in the infrared at 850 nm, at 1150 nm, or even at 1900 nm.
  • the light module 21 comprises a light source 23 capable of emitting light rays and an optical unit 24 arranged to project these light rays to form the light beam F1.
  • the optical unit 24 may indifferently comprise one or more reflectors, one or more lenses, one or more diaphragms or one or more collimators or even a combination of several of these optical elements.
  • a light source 23 in the form of a light-emitting diode, capable of emitting light rays adapted so that the light beam F1 presents the spectrum S.
  • the light source 23 comprises a semiconductor generator 23a, for example a gallium nitride or even GaN, capable of emitting, by electroluminescence and in response to an electric current passing through it, rays of blue light.
  • the emission spectrum S1 of this generator 23a is also represented in , and has a peak at 445 nm. We could plan for the generator 23a to be arranged in a reflecting cavity.
  • the light source 23 also comprises a first photoluminescent element 23b and a second photoluminescent element 23c, superimposed on the generator 23a.
  • the first photoluminescent element 23b is an organic or inorganic encapsulant, in particular a resin comprising a yttrium and aluminum garnet doped with cerium, or CE:YAG, capable of absorbing blue light and, by photoluminescence and in response to light. The excitation produced by this light, to emit rays of yellow light, with a peak at 550 nm.
  • the second photoluminescent element 23c is an organic or inorganic encapsulant, in particular a resin comprising a zinc gallate, or a calcium gallogermanate or even a silicate of gallium and lanthanum, doped with cerium, capable of absorbing blue light and, therefore, photoluminescence and in response to the excitation produced by this light, to emit rays of infrared light with a peak at 1400 nm.
  • the second element 23c is arranged on the generator 23a so that part of the blue light rays emitted by the generator 23a excites this second element 23c so that it emits, by photoluminescence, rays of infrared light. The other part of the blue light rays passes through the second element 23c.
  • the first element 23b is arranged on the second element 23c so that part of the rays of blue light having passed through the second element 23c excites this first element 23b so that it emits, by photoluminescence, rays of yellow light. The other part of the blue light rays passes through the first element 23b.
  • the light source 23 simultaneously emits, when electrically powered, rays of blue and yellow light, the light thus formed appearing white to the human eye, and rays of infrared light.
  • the emission spectrum S2 of the first element 23b and the emission spectrum S3 of the second element 23c were superimposed on the spectrum S1, the whole thus forming the spectrum S of the beam F1.
  • the light beam F1 is, in part, composed of white light
  • this light beam F1 it is possible to use this light beam F1 to participate, partially or totally, in the realization of a predetermined photometric function, in particular regulatory.
  • the optical unit 24 is arranged to shape this light beam F1 so that its photometric distribution satisfies the requirements of said function.
  • the light beam F1 participates in the production of a daytime running light, or DRL, type function.
  • the light beam F1 allows the system 1 to perform functions of detection and evaluation of the position of an obstacle on the road and/or communication with another vehicle or with a road infrastructure.
  • the modulation unit 22 is able to receive a sequence of data, for example predetermined in the context of a use of detection and evaluation of the position of an obstacle, the sequence being in this case stored in a memory of the system 1 (not shown) or, alternatively, generated by a computer of system 1 (not shown) to communicate with a system identical to that of the provided in another vehicle or in road infrastructure.
  • the modulation unit 22 is arranged to modulate the light beam F1 emitted by the light module 21, from this data sequence, for example by controlling the electrical power supplied to the light source 23.
  • the modulation unit 22 includes a generator of a pulse width modulated control signal.
  • This control signal makes it possible to control a switching power supply (not shown) of the light source 23.
  • the duty cycle of this control signal, set by the modulation unit 22 thus makes it possible to control the electrical power average supplied to the light source 23, and therefore to control the light intensity of the light beam F1, so as to satisfy the requirements of the photometric function that it performs.
  • the modulation unit 22 is arranged to convert the data sequence into a modulating signal and to modulate the initial control signal using this modulating signal.
  • modulation can be used indiscriminately in the context of the present invention, and in particular an all-or-nothing modulation (or OOK from English “On Off Keying”), a pulse coding modulation ( or PCM from English “Pulse Code Modulation”), pulse amplitude modulation (or PAM from English “Pulse Amplitude Modulation”), pulse width modulation (or PWM from English “Pulse Width Modulation”) or pulse position modulation (or PPM from English "Pulse Position Modulation”).
  • an all-or-nothing modulation or OOK from English “On Off Keying”
  • PCM pulse coding modulation
  • PAM pulse amplitude modulation
  • PWM pulse width modulation
  • PWM pulse width modulation
  • PPM pulse position modulation
  • the data sequence could be provided as a binary signal presenting different predetermined characteristics, such as in particular an autocorrelation peak for a zero time shift. and/or low autocorrelation values for a non-zero time lag and/or a significant length, these characteristics making it possible to improve the signal-to-noise ratio of the system, and/or a Hamming weight such as the intensity level average light intensity of the emitted light beam remains substantially unchanged during its modulation with the data sequence.
  • a sequence could for example be generated by means of a random code or pseudo-random code generation algorithm.
  • the light beam F1 thus emitted is composed of a train of light pulses following one another with a sufficiently high frequency, for example from 50 to 100 MHz, so that the human eye no longer distinguishes them. Furthermore, the amplitude, width and/or position of each pulse with regard to the period allows the light beam F1 to transport the data sequence to the reception module 3.
  • the reception module 3 comprises an optical unit 31, for example formed of a succession of lenses, downstream of which are provided a plurality of first elementary acquisition modules 32 and second elementary acquisition modules 33.
  • the reception module reception 3 also includes a control unit 34 as well as a demodulation unit 35.
  • Each of the elementary acquisition modules 32 and 33 comprises an optical filter 32a, 33a as well as a photodetector 32b, 33b provided downstream of this filter.
  • the light beam F2 received by the reception module 3 is thus concentrated by the optical unit 31 on one or more of the photodetectors 32b and/or 33b, passing through the associated filter(s) 32a and/or 33a.
  • the light beam F2 could indifferently be the light beam F1 emitted by the emission module 2 and reflected by an obstacle or an object, located in the environment of the vehicle, towards the reception module 3, or a light beam emitted by a emission module of a system of another vehicle or of a road infrastructure equipped with an emission module similar to module 2.
  • each optical filter 32a is a light filter capable of transmitting only part of the light beam F2, namely a first light beam whose spectrum corresponds only to part or all of the visible spectrum of this F2 beam, that is to say between 380 nm and 780 nm. In other words, the rest of the wavelengths of the light beam F2, not transmitted by the filter 32a, are absorbed by this filter 32a.
  • each optical filter 32a is a blue light filter, the transmission peak of which is centered on a wavelength of 445 nm and capable of allowing rays of light whose wavelength is included between 430 and 470 nm, the remainder being absorbed by this filter 32a.
  • each optical filter 32a is a band-pass absorbing filter whose transmission coefficient is greater than 80% in the 430 nm – 470 nm band and whose transmission peak is centered on 445 nm.
  • each optical filter 33a is a light filter capable of transmitting another part only of the light beam F2, namely a second light beam whose spectrum corresponds only to part or all of the infrared spectrum of this F2 beam, that is to say strictly greater than 780 nm. In other words, the rest of the wavelengths of the light beam F2, not transmitted by the filter 33a, are absorbed by this filter 33a.
  • each optical filter 33a is an infrared light filter, the transmission peak of which is centered on a wavelength of 1400 nm and able to pass rays of light whose wavelength is included between 1350 nm and 1450 nm, the remainder being absorbed by this filter 33a.
  • each optical filter 33a is a band-pass absorbing filter whose transmission coefficient is greater than 80% in the 1350 nm – 1450 nm band and whose transmission peak is centered on 1400 nm.
  • the photodetectors 32b and 33b are identical and are each formed by an avalanche photodiode of a silicon photomultiplier. These photodiodes are distributed in a matrix fashion.
  • the filters 32a and 33a are also distributed in a matrix manner, alternating with each other to form a single checkerboard film arranged on the photomultiplier so that each filter faces a photodiode.
  • the dimensions of the filters 32a and 33a as well as the dimensions of the photodetectors 32b and 33b are of the order of a micrometer.
  • the assembly thus forms a sensor whose spatial reception resolution is of the order of 0.1°, and whose detection capabilities, due to the use of avalanche photodiodes, are particularly important, even in the event of degraded acquisition conditions.
  • System 1 includes a module 4 for acquiring information relating to the sunshine in the vicinity of the vehicle or to the presence of rain or fog in the vicinity of the vehicle.
  • Module 4 may for example include one or more cameras associated with a calculator implementing algorithms for estimating a value relating to sunshine, a density of raindrops or a density of 'a fog, from the images acquired by the camera(s).
  • Module 4 is arranged to transmit said information(s) to the control unit 34, which is arranged to selectively activate the photodetectors 32b and 33b of the first and second elementary acquisition modules 32 and 33 as a function of this information(s), for example by authorizing or prohibiting the power supply of these photodetectors.
  • the activation of the photodetectors of one or the other of the first and second elementary acquisition modules 32 and 33 could be controlled for example according to whether illumination due to solar radiation exceeds a given threshold value or according to whether a rain density or fog exceeds a given threshold value.
  • Each of the photodetectors when activated, converts the portion of the light beam F2 that it receives into an electrical signal that it transmits to the demodulation unit 35, which can then extract a sequence of data.
  • the demodulation unit 35 can correlate the converted electrical signal with an elementary signal, for example by convolution with a signal corresponding to a pulse or a step, in order to transform this electrical signal into a sequence of discrete values. , then threshold this sequence in order to obtain a sequence of binary data.
  • this data sequence can then be transmitted to a vehicle computer to be interpreted, decoded and/or transmitted to equipment or a user of the vehicle.
  • this data sequence can be transmitted to a calculation unit 5 of the system 1.
  • This unit calculation unit 5 can thus detect the presence of a predetermined data sequence, for example by convolution then thresholding, with which the modulation unit 22 modulated the light beam F1 emitted by the light module 21.
  • the The calculation unit can determine a time of flight separating the emission of the light beam F1 from the reception of the light beam F2.
  • the sunshine conditions in the vicinity of the vehicle are particularly important. Sunlight is thus added to the light beam F2 received by the reception module 3.
  • the light beam F2 received by the reception module 3 consists of on the one hand the light beam F1 emitted by the emission module 2, or by another similar emission module, and solar light.
  • the intensity levels of this beam F2 largely exceed those of the beam F1 for the wavelength ranges of the visible domain (shown in hatched form in and are on the other hand of the order of those of the F1 beam for the infrared wavelength ranges referred to above. From then on, the peak of beam F1 at 1400 nm is found, substantially identically, in beam F2.
  • the control unit 34 activates the second elementary acquisition modules 33 and deactivates the first elementary acquisition modules 32.
  • a threshold value illumination beyond which the second elementary acquisition modules 33 are activated, can be determined according to the dimensions of the photodetectors 32b and 33b and their efficiency.
  • the first light beam filtered by the filters 32a would have caused saturation of the photodetectors 32b of the first modules 32, degrading the signal-to-noise ratio of the reception module 3. Deactivation of the photodetectors 32b makes it possible to avoid this degradation. Conversely, the second light beam filtered by filters 33a can be correctly converted by photodetectors 33b without risking saturating them.
  • the weather conditions in the vicinity of the vehicle are particularly degraded, due to the presence of rain or fog. Part of the light beam F2 was thus absorbed by this rain or this fog before the beam F2 was received by the reception module 3.
  • the light beam F2 received by the reception module 3 consists of only part of the light beam F1 emitted by the emission module 2, or by another similar emission module.
  • the intensity levels of this beam F2 are particularly low, for the wavelength ranges of the infrared domain, and are on the other hand of the order of those of the beam F1 for the wavelength ranges of the visible domain. From then on, the peak of beam F1 at 445 nm is found, substantially identically, in beam F2.
  • control unit 34 activates the first elementary acquisition modules 32 and deactivates the second elementary acquisition modules 33 .
  • the second light beam filtered by the filters 33a would have had an intensity too low to be able to give rise to correct detection by the photodetectors 33b of the second modules 33, degrading the signal-to-noise ratio of the reception module 3. deactivation of the photodetectors 33b makes it possible to avoid this degradation. Conversely, the first light beam filtered by the filters 32a can be correctly converted by the photodetectors 32b taking into account its intensity.
  • the blue light corresponds to the rays of light emitted first by the light source 23, the rays of yellow light being emitted with a greater response time taking into account the delay introduced by the photoluminescence. Therefore, to the extent that the filters 32a make it possible to carry out detection only from the blue light received by the reception module 3, this improves the resolution of evaluation of the time of flight of the light beam F2 and/or the data transmission rate between a transmission module and the reception module 3.
  • the other headlight of the vehicle also includes a transmission module and a reception module according to the invention, the checkerboard configurations of the filters 32a and 33a being complementary from one headlight to the other , so that optimal spatial detection resolution can be obtained.
  • the invention cannot be limited to the embodiments specifically described in this document, and extends in particular to all equivalent means and to any technically effective combination of these means.
  • Other configurations of the emission module could also be provided, and in particular an emission module in which the photoluminescent elements are inverted or mixed, or even an emission module employing two light sources capable of emitting one of the visible light and the other infrared light, or an emission module using other types of light source than that described, such as a laser diode, a VCSEL or a SLED.
  • reception module could also be provided, and in particular a reception module using a matrix of shutters, for example of the LCD type, to activate or deactivate the elementary acquisition modules.
  • a reception module using a matrix of shutters for example of the LCD type, to activate or deactivate the elementary acquisition modules.

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Abstract

L'invention concerne un système (1) d'un véhicule automobile, comportant un module d'émission (2) comportant un module lumineux (21) apte à émettre un faisceau lumineux (F1) dont le spectre (S) présente simultanément au moins une portion dans le spectre visible et une portion dans le spectre infrarouge et une unité de modulation (22) apte à recevoir une séquence de données et agencée pour moduler ledit faisceau lumineux émis à partir de la séquence de données reçues.

Description

Système de détection et/ou de communication d’un véhicule automobile comportant un module d’émission d’un faisceau lumineux
L’invention concerne le domaine de l’éclairage automobile et des fonctions de transmission de données au moyen de la lumière émise par un système d’éclairage automobile. Plus précisément, l’invention concerne un système d’un véhicule automobile pour la réception de données transmises par un faisceau lumineux.
Il est connu, dans le domaine automobile, d’utiliser un faisceau lumineux émis par un module lumineux pour réaliser une fonction photométrique donnée, pour en prime transmettre des données.
De façon classique, la source lumineuse permettant l’émission de ce faisceau lumineux est contrôlée par un signal électrique modulé en largeur d’impulsion, ou PWM (de l’anglais « Pulse Width Modulation »). La source lumineuse est ainsi périodiquement activée et désactivée par ce signal PWM, de sorte que le faisceau lumineux émis soit composé d’impulsions lumineuses se succédant avec une fréquence suffisamment élevée pour que l’œil humain ne les distingue plus. L’intensité du faisceau lumineux émis est fonction du rapport cyclique de ce signal PWM, de sorte qu’il soit possible de la contrôler en ajustant ce rapport cyclique. Il est alors possible de moduler ce signal PWM à l’aide d’une séquence de donnée de sorte que cette séquence de données soit transportée par le faisceau lumineux. De la sorte, le faisceau lumineux peut conserver sa fonction originelle, à savoir réaliser une fonction photométrique, tout en permettant le transport de la séquence de données. Ce type de technologie est connu par exemple sous le nom VLC (de l’anglais « Visible Light Communication » ou communication par la lumière visible), voire sous le nom de LiFi (de l’anglais Light Fidelity).
Ainsi, au-delà de la réalisation d’une ou plusieurs fonctions photométriques, comme un feu diurne ou un éclairage de type croisement, diverses fonctions peuvent être mises en œuvre par ce type de module lumineux. Par exemple, le module lumineux peut ainsi être intégré à un module d’émission capable de réaliser des fonctions de communication d’une séquence de données avec un autre véhicule ou avec une infrastructure qui est équipé d’un module de réception capable de démoduler le faisceau lumineux qu’il reçoit pour en extraire la séquence de données. Dans un autre exemple, le projecteur comportant le module d’émission peut être équipé d’un module de réception afin de recevoir le faisceau lumineux émis, après réflexion sur un objet au voisinage du véhicule. On peut alors, par démodulation et extraction de la séquence de données émises, déterminer le temps de vol du faisceau lumineux émis et donc évaluer la distance séparant le véhicule de l’objet.
Toutefois, ce type de système basé sur l’utilisation d’un module d’émission capable à la fois de réaliser une fonction lumineuse photométrique et une transmission de données présente un inconvénient. En effet, le module de réception destiné à recevoir le faisceau lumineux transportant les données, qu’il soit agencé dans le même véhicule ou dans un autre véhicule, doit comporter au moins un photodétecteur pour convertir ce faisceau lumineux en un signal électrique afin de démoduler ce signal et en extraire une séquence de données.
Or, dans certaines conditions, ce photodétecteur peut voir son rapport signal à bruit être fortement dégradé. C’est notamment le cas dans des conditions importantes d’ensoleillement. En effet, dans de telles conditions, l’éclairement du soleil, dans le spectre visible dans lequel opère la source lumineuse du module d’émission, peut être sensiblement supérieur à celui du faisceau lumineux reçu, de sorte à entrainer une saturation du photodétecteur. Dans cet état, le photodétecteur passe dans un état de fonctionnement non linéaire et se retrouve incapable de convertir de façon convenable le faisceau lumineux en un signal électrique qu’il soit possible de démoduler sans perte d’information.
Il existe ainsi un besoin pour un système capable de transmettre une séquence de données, depuis un module d’émission intégrant un module lumineux participant à la réalisation d’une fonction photométrique vers un module d’acquisition, et dont le rapport signal à bruit soit optimal dans toutes les conditions météorologiques, y compris en cas d’ensoleillement important.
La présente invention se place dans ce contexte, et vise à répondre à ce besoin.
A ces fins, l’invention a pour objet un système d’un véhicule automobile, comportant un module d’émission comportant un module lumineux apte à émettre un faisceau lumineux dont le spectre présente simultanément au moins une portion dans le spectre visible et une portion dans le spectre infrarouge et une unité de modulation apte à recevoir une séquence de données et agencée pour moduler ledit faisceau lumineux émis à partir de la séquence de données reçues.
Comme indiqué ci-dessus, dans des conditions d’ensoleillement important, la lumière du soleil vient s’ajouter à la lumière émise par le module d’émission, ce qui peut causer une saturation du ou des photodétecteurs d’un module de réception recevant cette lumière. L’invention tire toutefois parti du profil du spectre de la lumière émise par le soleil.
Ce spectre présente en effet, dans la plage des longueurs d’onde infrarouge, plusieurs creux correspondant à des plages de longueurs d’onde dans lesquelles l’éclairement est moins important, voire inexistant. Dès, il est possible d’employer, au niveau du module d’émission, une source lumineuse de type infrarouge qui permet d’éviter la saturation du ou des photodétecteurs du module de réception en cas d’ensoleillement important. Toutefois, cette source lumineuse n’est pas à elle seule suffisante. D’une part, elle ne permet pas de réaliser une fonction photométrique qui requiert une lumière visible. D’autre part, dans des conditions pluvieuses ou en présence de brouillard, l’eau vient absorber une majeure partie du spectre de la lumière, à l’exception d’une plage de longueurs d’ondes incluant le spectre visible. Dès lors, un système basé uniquement sur de la lumière infrarouge verrait son rapport signal à bruit optimisé dans en cas d’ensoleillement important mais fortement dégradé en cas de pluie ou de brouillard. A l’inverse, on notera qu’un système basé uniquement sur de la lumière visible verra son rapport signal à bruit optimisé dans en cas de pluie ou de brouillard, compte de l’absence d’absorption de la lumière visible par la pluie, mais fortement dégradé en cas d’ensoleillement important.
En revanche, un système basé sur l’émission simultanée de lumière visible et de lumière infrarouge permet de tirer parti des avantages de ces deux types de lumière et ainsi de maximiser son rapport signal à bruit, dans toutes les conditions météorologiques. En effet, l’infrarouge permet de répondre au problème de la saturation du photodétecteur par la lumière du soleil, compte tenu des creux dans le spectre solaire, et la lumière visible permet de répondre au problème de l’absorption de la lumière par l’eau, compte tenu de la moindre absorption du spectre visible. En conséquence, l’invention propose ainsi, en réponse à l’émission d’un tel faisceau lumineux, un système dans lequel le module d’émission est capable d’émettre un faisceau lumineux modulé et composé de lumière visible et d’infrarouge.
Par exemple, le module lumineux peut être agencé de sorte que le spectre du faisceau lumineux émis présente un premier pic dans le spectre visible, par exemple dans une plage de 400 nm à 500 nm, en particulier de 440 nm à 460 nm, notamment à 445 nm ou à 450 nm, et un deuxième pic dans le spectre infrarouge, par exemple dans une plage de 925 nm à 975 nm, notamment à 950 nm, ou dans une plage de 1100 nm à 1175 nm, notamment à 1140 nm, ou encore dans une plage de 1325 nm à 1500 nm, notamment à 1400 nm.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le module lumineux comporte une source lumineuse apte à émettre des rayons lumineux dont la ou les longueurs d’onde sont situées dans le spectre visible et des rayons lumineux dont la ou les longueurs d’onde sont situées dans le spectre infrarouge et une unité optique agencée pour projeter les rayons lumineux émis par la source lumineuse pour former ledit faisceau lumineux. La source lumineuse pourra être une source de type laser, une diode électroluminescente, une diode laser à cavité verticale émettant par la surface, également appelée VCSEL (de l’anglais « Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser ») ou encore une diode superluminescente ou SLED (de l’anglais « Superluminescent diode »). Le cas échéant, l’unité de modulation peut être agencée pour contrôler la source lumineuse, et notamment une alimentation électrique fournie à cette source lumineuse, pour moduler le faisceau lumineux.
Selon un exemple, la source lumineuse comporte un générateur apte à émettre des rayons de lumière d’une première longueur d’onde située dans le spectre visible, un premier élément photoluminescent apte à absorber une partie desdits rayons de lumière de la première longueur d’onde et d’émettre des rayons de lumière d’une deuxième longueur d’onde également située dans le spectre visible et un deuxième élément photoluminescent apte à absorber une partie desdits rayons de lumière de la première et/ou de la deuxième longueur d’onde et d’émettre des rayons de lumière d’une troisième longueur d’onde située dans le spectre infrarouge.
De préférence, le générateur peut être un générateur à semi-conducteur, par exemple du nitrure de gallium ou GaN (de l’anglais « Gallium Nitride »), apte à émettre des rayons de lumière de couleur bleue. Le cas échéant, le premier élément photoluminescent, ou phosphore, pourra comporter un grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au cérium, ou CE:YAG, lequel est apte à absorber une partie des rayons de lumière de couleur bleue émis par le générateur et à émettre, en réponse des rayons de lumière de couleur jaune. Le deuxième élément photoluminescent, également phosphore, pourra comporter un gallate de zinc, ou un gallogermanate de calcium ou encore un silicate de gallium et de lanthane, dopé au cérium, le deuxième élément étant dans ce cas apte à absorber une partie des rayons de lumière de couleur bleue émis par le générateur et à émettre, en réponse des rayons de lumière infrarouge. De façon alternative ou cumulative, le deuxième élément photoluminescent pourra comporter des particules de type points quantiques, ou « quantum dots » ou encore de la pérovskite.
Selon une première variante, le deuxième élément photoluminescent est disposé sur le générateur et le premier élément photoluminescent est disposé sur le deuxième élément photoluminescent. Dans ce cas, le deuxième élément absorbe une partie desdits rayons de lumière de la première longueur d’onde et émet, en réponse, des rayons de lumière de la troisième longueur d’onde. Cet agencement est particulièrement avantageux dans la mesure où le premier élément photoluminescent est incapable d’absorber l’infrarouge, de sorte qu’on améliore ainsi le rendement et qu’on évite des effets d’autoabsorption.
Selon une deuxième variante, le premier élément photoluminescent est disposé sur le générateur et le deuxième élément photoluminescent est disposé sur le premier élément photoluminescent. Selon une troisième variante, les premier et deuxième éléments photoluminescents sont chacun disposés sur le générateur, par exemple en étant juxtaposés, mélangés ou entremêlés.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, le module lumineux comporte une première source lumineuse apte à émettre des rayons lumineux dont la ou les longueurs d’onde sont situées dans le spectre visible et une deuxième source lumineuse apte à émettre des rayons lumineux dont la ou les longueurs d’onde sont situées dans le spectre infrarouge et une unité optique agencée pour projeter les rayons lumineux émis par les première et deuxième sources lumineuses pour former ledit faisceau lumineux.
Le cas échéant, on pourra prévoir que l’unité de modulation soit agencée pour contrôler chacune des première et deuxième sources lumineuses pour moduler le faisceau lumineux, notamment à l’aide d’une même séquence de données ou avec des séquences de données distinctes pour la première et la deuxième sources lumineuses.
Avantageusement, l’unité de modulation est agencée pour générer un signal de contrôle modulé en largeur d’impulsion, pour moduler ledit signal de contrôle à partir de la séquence de données reçue et pour contrôler l’émission dudit faisceau lumineux par le module lumineux à partir du signal de contrôle modulé. Par exemple, l’unité de modulation pourra être agencée pour convertir ladite séquence de données reçue en un signal modulant et pour moduler, par exemple en amplitude, en fréquence ou en phase, le signal de contrôle avec ce signal modulant.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le système comporte un module de réception apte à recevoir un faisceau lumineux, le module de réception comportant une pluralité de modules d’acquisition élémentaires comprenant chacun un photodétecteur apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique, la pluralité de modules d’acquisition comportant au moins :
  1. un premier module d’acquisition élémentaire, lequel est apte à transmettre au moins une partie dudit faisceau lumineux reçu vers son photodétecteur, ladite partie transmise étant un premier faisceau lumineux dont le spectre présente une portion dans le spectre visible ;
  2. un deuxième module d’acquisition élémentaire, lequel est apte à transmettre une partie seulement dudit faisceau lumineux reçu vers son photodétecteur, ladite partie transmise étant un deuxième faisceau lumineux dont le spectre présente une portion dans le spectre infrarouge,
Le système est caractérisé en ce que le module de réception comporte une unité de contrôle apte à recevoir une information relative à une condition météorologique au voisinage du véhicule automobile et agencée pour activer sélectivement l’un ou l’autre des premier et deuxième modules d’acquisition élémentaires en fonction de ladite information.
Le module de réception permet de décomposer le faisceau lumineux reçu en un premier faisceau de lumière visible et un deuxième faisceau de lumière infrarouge, et de procéder au traitement de seulement l’un ou l’autre de ces faisceaux, pour en extraire une séquence de données, en fonction des conditions météorologiques au voisinage du véhicule automobile. On comprend ainsi que l’unité de contrôle pourra empêcher la transmission du premier ou du deuxième faisceau lumineux vers le photodétecteur ou encore empêcher la conversion opérée par le photodétecteur, selon l’état de l’ensoleillement ou selon la présence de pluie ou de brouillard, de sorte à éviter une saturation de ce photodétecteur ou une atténuation trop importante du signal.
Dans l’invention, le ou chaque premier module d’acquisition pourra transmettre tout ou partie du faisceau lumineux qu’il reçoit. Le cas échéant, le spectre du premier faisceau lumineux pourra être identique au spectre du faisceau lumineux reçu ou en revanche correspondre à une partie seulement de ce spectre s’étendant dans le spectre visible, c’est-à-dire une plage de longueurs d’onde comprise entre 380 nm et 780 nm.
Dans l’invention, le ou chaque deuxième module d’acquisition transmet une partie seulement du faisceau lumineux qu’il reçoit. Le cas échéant, le spectre du deuxième faisceau lumineux correspondra à une partie seulement du spectre du faisceau lumineux reçu, s’étendant dans le spectre infrarouge, c’est-à-dire une plage de longueurs d’onde strictement supérieure à 780 nm.
Avantageusement, le système comporte un module d’acquisition de ladite information relative à une condition météorologique au voisinage du véhicule automobile, par exemple comportant un capteur de luminosité ambiante, un capteur de pluie et/ou une caméra. Le cas échéant, ledit module d’acquisition pourra comporter une unité de calcul apte à déterminer ladite information à partir des données acquises par le capteur et/ou ladite caméra, notamment en mettant en œuvre un ou plusieurs algorithmes de traitement de signaux et/ou d’images, comme par exemple des algorithmes d’apprentissage automatique ayant été entrainés au préalable. De façon alternative ou cumulative, le module d’acquisition pourra comporter au moins l’un, voire plusieurs ou chacun, des photodétecteurs des modules d’acquisition élémentaires. En effet, dans le cas où le faisceau lumineux reçu est un faisceau composé d’une succession d’impulsions, il existe ainsi des courts instants dans lesquels les photodétecteurs ne sont pas sollicités et peuvent ainsi jouer un rôle de capteurs de luminosité ambiante. De façon alternative ou cumulative, le système pourra comporter un module de communication apte à recevoir ladite information relative à une condition météorologique au voisinage du véhicule automobile depuis un système distant, par exemple depuis un serveur de données météorologiques.
Avantageusement, l’unité de contrôle est agencée pour, en réponse à la réception d’une information indiquant un ensoleillement du véhicule, activer uniquement le ou chaque deuxième module d’acquisition élémentaire, et pour, en réponse à la réception d’une information indiquant la présence de pluie ou de brouillard au voisinage du véhicule, activer uniquement le ou chaque premier module d’acquisition élémentaire. Par exemple, il a été constaté qu’une saturation du photodétecteur de type photodiode avalanche dépend du débit de photons incident sur ce photodétecteur. Le niveau d’ensoleillement du véhicule minimum susceptible d’entrainer une saturation des photodétecteurs, et donc au-delà duquel le ou chaque deuxième module d’acquisition élémentaire est activé, pourra ainsi être déterminé en fonction des dimensions de ces photodétecteurs et de leur efficacité, par exemple du temps mort, ou « dead time », pendant lequel un photodétecteur est hors tension après une détection.
En l’absence d’information indiquant un ensoleillement du véhicule et d’information indiquant la présence de pluie ou de brouillard au voisinage du véhicule, on pourra indifféremment prévoir que le ou chaque premier module d’acquisition élémentaire soit activé par défaut, que le ou chaque deuxième module d’acquisition élémentaire soit activé par défaut, ou encore que chacun des premier(s) et deuxième(s) module(s) d’acquisition élémentaire(s) soit activé.
On pourra prévoir que le module de réception comporte une unité optique disposée en vis-à-vis de ladite pluralité de modules d’acquisition élémentaires, et présentant par exemple un plan focal passant par chacun des photodétecteurs. En variante, on pourra prévoir que le module de réception comporte une pluralité d’unités optiques chacune disposée en vis-à-vis de l’un des modules d’acquisition élémentaires et présentant un plan focal passant par le photodétecteur de ce module d’acquisition élémentaire.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le premier module d’acquisition élémentaire comporte un filtre de lumière bleue. Dans le cas où le faisceau lumineux est émis à partir d’une source lumineuse à semi-conducteur, comme une diode électroluminescente, la lumière blanche permettant d’obtenir le faisceau lumineux est généralement obtenue à partir d’un générateur de lumière bleue, et d’un matériau photoluminescent, ou phosphore, absorbant une partie de cette lumière bleue pour émettre en réponse une lumière jaune, le reste de la lumière bleue et cette lumière jaune formant, par synthèse additive, une lumière blanche. Or, du fait de cette absorption-réémission, un photon jaune est donc nécessairement émis plus lentement qu’un photon bleu. Dès lors, dans un contexte de détection d’un obstacle par analyse d’un temps de vol d’un faisceau lumineux, la résolution d’évaluation du temps de vol sera nécessairement plus haute si l’évaluation se fait à partir uniquement de lumière bleue plutôt qu’à partir d’une autre plage de longueur d’onde, voire à partir de la totalité du spectre visible. L’utilisation d’un filtre de lumière bleue permet ainsi de réduire l’incertitude de détection de la distance d’un obstacle au véhicule. Symétriquement, l’utilisation d’un filtre de lumière bleue permet d’augmenter le débit de communication de données entre un module d’émission et le module de réception.
De préférence, le filtre bleu sera un filtre absorbant passe-bande, agencé de sorte que la bande-passante du filtre présente un pic de transmission autour d’une longueur d’onde dans le bleu, par exemple à sensiblement 445 nm. Par exemple, le coefficient de transmission du filtre sera d’au moins 80% dans la bande-passante et la largeur de la bande-passante pour être inférieure à 100 nm, par exemple comprise entre 10 et 40 nm.
Avantageusement, le filtre de lumière bleue peut être agencé en vis-à-vis du photodétecteur et ses dimensions peuvent correspondre sensiblement aux dimensions du photodétecteur. Par exemple, le photodétecteur pourra présenter une largeur et/ou une longueur inférieure à une dizaine de micromètres, ce qui permet d’obtenir un champ de réception du module d’acquisition élémentaire d’au maximum 0,1° et donc d’augmenter la résolution spatiale du module de réception.
En variante, le premier module d’acquisition élémentaire pourra comporter un filtre de lumière d’une autre plage de longueurs d’onde du spectre visible. En variante encore, le premier module d’acquisition élémentaire pourra être dépourvu de filtre.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le deuxième module d’acquisition élémentaire comporte un filtre de lumière infrarouge. Dans ce cas, on comprend que si l’ensoleillement est trop important, le filtre de lumière infrarouge absorbe le spectre visible, qui est susceptible de saturer le photodétecteur, et laisse passer la lumière infrarouge, laquelle n’est pas impactée par la lumière du soleil.
De préférence, le filtre infrarouge sera un filtre absorbant passe-bande, agencé de sorte que la bande-passante du filtre présente un pic de transmission autour d’une longueur d’onde dans l’infrarouge, par exemple à sensiblement 1400 nm. Par exemple, le coefficient de transmission du filtre sera d’au moins 80% dans la bande-passante et la largeur de la bande-passante pour être inférieure à 150 nm, par exemple comprise entre 60 et 100 nm.
Avantageusement, le module de réception comporte une pluralité de premiers modules d’acquisition élémentaires et une pluralité de deuxièmes modules d’acquisition élémentaires, les premiers et deuxièmes modules d’acquisition étant agencés sous forme matricielle en étant alternés. On s’assure ainsi que l’ensemble de la scène de route peut être adressée par le module de réception et l’ensemble des premiers et des deuxièmes modules d’acquisition, quelle que soit les conditions météorologiques, de sorte que la désactivation des premiers ou des deuxièmes modules d’acquisition n’a que peu ou pas d’impacts sur les performances du système.
Par exemple, l’ensemble des photodétecteurs peut former un capteur, par exemple un unique composant électronique De même, l’ensemble des filtres peut former une pièce unique, par exemple un film, disposé sur le capteur.
Selon un exemple de réalisation, les premiers et deuxièmes modules d’acquisition élémentaires peuvent être répartis sous la forme d’un damier. En d’autres termes, chaque élément de la matrice est un premier ou un deuxième module d’acquisition élémentaire et chaque premier module d’acquisition élémentaire, respectivement chaque deuxième module d’acquisition élémentaire, est uniquement entouré de deuxièmes modules d’acquisition élémentaires, respectivement de premiers modules d’acquisition élémentaires. On pourra envisager d’autres motifs de répartition, sans sortir du cadre de la présente invention.
Avantageusement, le photodétecteur de chaque module d’acquisition élémentaire est une photodiode à avalanche. Ce type de photodétecteur est également connu sous le nom de SPAD, de l’anglais « Single-Photon Avalanche Diode ». L’ensemble des photodiodes à avalanche peut ainsi former un photomultiplicateur sur silicium ou SiPM (de l’anglais « Silicon PhotoMultiplier »). Ce type de photodétecteur permet de détecteur l’incidence d’un seul photon avec un gain important, par exemple de l’ordre de 106, et donc de pallier les dégradations du rapport signal-à-bruit dues aux conditions externes ou encore aux absorptions des filtres.
Dans un mode de réalisation, chaque module d’acquisition élémentaire comporte un élément d’obturation apte à sélectivement bloquer ou autoriser la réception dudit faisceau lumineux par ce module d’acquisition élémentaire et l’unité de contrôle est agencée pour activer l’état bloquant ou passant de chacun des éléments d’obturation en fonction de ladite information. Par exemple, chaque élément d’obturation peut emprunter un état opaque ou un état transparent. On comprend ainsi que, en cas d’ensoleillement important, l’unité de contrôle vient rendre opaque l’élément d’obturation du ou de chaque premier module d’acquisition élémentaire, pour éviter une saturation du photodétecteur, et vient rendre transparent l’élément d’obturation du ou de chaque deuxième module d’acquisition élémentaire, afin de pouvoir démoduler le faisceau lumineux et en extraire une séquence de données. Inversement, en cas de pluie ou de brouillard, l’unité de contrôle vient rendre opaque l’élément d’obturation du ou de chaque deuxième module d’acquisition élémentaire, pour éviter une conversion d’un signal trop atténué, et vient rendre transparent l’élément d’obturation du ou de chaque premier module d’acquisition élémentaire, afin de pouvoir démoduler le faisceau lumineux et en extraire une séquence de données.
On pourra prévoir indifféremment que les éléments d’obturations soient agencés devant les filtres bleus et infrarouge, par exemple entre une unité optique du module de réception et ces filtres, ou entre les filtres bleus et infrarouge et les photodétecteurs. Par exemple, les éléments d’obturation pourront être formés par une matrice de filtres polarisants élémentaires, notamment de type LCD (de l’anglais « Liquid Crystal Display »), la polarisation, et donc l’état transparent ou opaque, de chaque filtre polarisant élémentaire étant contrôlée par l’unité de contrôle.
Dans un mode de réalisation alternatif ou cumulatif, le photodétecteur de chaque module d’acquisition élémentaire est apte à emprunter sélectivement un état actif ou un état inactif, et l’unité de contrôle est agencée pour contrôler l’état actif ou inactif de chacun des photodétecteurs en fonction de ladite information. Dans son état inactif, un photodétecteur est incapable de procéder à une conversion. Dès lors, il est possible d’éviter de procéder à une conversion lorsqu’un photodétecteur est saturé. Par exemple, l’unité de contrôle pourra être agencée pour contrôler l’alimentation de chacun des photodétecteurs, un photodétecteur étant dans un état inactif s’il n’est pas alimenté.
Avantageusement, le module de réception comporte une unité de démodulation reliée à chacun des photodétecteurs et agencée pour extraire une séquence de données depuis un signal électrique converti par l’un de ces photodétecteurs.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le système comporte une unité de calcul agencée pour détecter, dans une séquence de données extraite par l’unité de démodulation depuis un signal électrique converti par un photodétecteur à partir d’un faisceau lumineux reçu par le module de réception, la présence d’une séquence de données, notamment prédéterminée, modulant le faisceau lumineux émis par le module d’émission et pour déterminer un temps de vol séparant l’émission dudit faisceau lumineux émis de la réception dudit faisceau lumineux reçu.
Avantageusement, le module d’émission est agencé de sorte que le faisceau lumineux participe, totalement ou partiellement, à la réalisation d’une fonction photométrique réglementaire prédéterminée. Il pourra par exemple s’agit d’un feu diurne ou DRL (de l’anglais « Daytime Running Lamp »), lequel présente comme avantage d’être émis dans un champ large avec une intensité faible.
Avantageusement toujours, le module d’émission et le module de réception sont agencés dans un projecteur avant du véhicule automobile.
L’invention a également pour objet un module d’émission pour un système d’un véhicule automobile selon l’invention.
L’invention a également pour objet un projecteur avant d’un véhicule automobile comportant un module de réception, et optionnellement un module d’émission, selon l’invention.
La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention, et à partir des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent :
représente, schématiquement et partiellement, une vue d’un système d’un véhicule automobile selon un exemple de réalisation de l’invention ;
représente, schématiquement et partiellement, un exemple de réalisation d’une source lumineuse du système de la ainsi que son spectre d’émission ;
représente, schématiquement et partiellement, une vue du système de la dans un premier mode de fonctionnement ;
représente, schématiquement et partiellement, le spectre d’irradiance solaire au niveau de la mer ;
représente, schématiquement et partiellement, une vue du système de la dans un deuxième mode de fonctionnement ; et
représente, schématiquement et partiellement, le spectre d’absorption de l’eau liquide.
Dans la description qui suit, les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.
On a représenté en un système 1 d’un véhicule automobile selon un exemple de réalisation de l’invention.
Le système 1 comporte un module d’émission 2 agencé pour émettre un faisceau lumineux F1 et un module de réception 3 destiné à recevoir un faisceau lumineux F2.
Dans l’exemple décrit, le module d’émission 2 et le module de réception 3 sont agencés dans un même projecteur avant du véhicule automobile. On pourra prévoir que les modules 2 et 3 soient agencés en différents endroits du véhicule automobile, sans sortir du cadre de la présente invention.
Le module d’émission 2 comporte un module lumineux 21 et une unité de modulation 22.
Le module lumineux 2 est agencé pour que le faisceau lumineux F1, qu’il émet, présente un spectre électromagnétique S dont au moins une portion est située dans le spectre visible et dont une autre portion est située dans le spectre infrarouge. Comme représenté en , le spectre S présente un premier pic d’intensité P1, ou raie, dans le bleu, par exemple à 445 nm, ainsi qu’un deuxième pic d’intensité P2 dans l’infrarouge, par exemple à 1400 nm. On notera que d’autres pics d’intensité sont envisageables, et notamment des pics d’intensité dans l’infrarouge à 850 nm, à 1150 nm, voire à 1900 nm.
Afin d’émettre ce faisceau lumineux F1, le module lumineux 21 comporte une source lumineuse 23 apte à émettre des rayons lumineux et une unité optique 24 agencée pour projeter ces rayons lumineux pour former le faisceau lumineux F1. Dans l’invention, l’unité optique 24 pourra indifféremment comporter un ou plusieurs réflecteurs, une ou plusieurs lentilles, un ou plusieurs diaphragmes ou un ou plusieurs collimateurs ou encore une combinaison de plusieurs de ces éléments optiques.
On a représenté en un exemple d’une source lumineuse 23, sous la forme d’une diode électroluminescente, capable d’émettre des rayons lumineux adaptés pour que le faisceau lumineux F1 présente le spectre S.
La source lumineuse 23 comporte un générateur à semi-conducteur 23a, par exemple un nitrure de gallium ou encore GaN, apte à émettre, par électroluminescence et en réponse à un courant électrique le traversant, des rayons de lumière bleue. Le spectre d’émission S1 de ce générateur 23a est également représenté en , et présente un pic à 445 nm. On pourra prévoir que le générateur 23a soit agencé dans une cavité réfléchissante.
La source lumineuse 23 comporte également un premier élément photoluminescent 23b et un deuxième élément photoluminescent 23c, superposés sur le générateur 23a.
Le premier élément photoluminescent 23b est un encapsulant organique ou inorganique, notamment une résine comportant un grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au cérium, ou CE:YAG, apte à absorber de la lumière bleue et, par photoluminescence et en réponse à l’excitation réalisée par cette lumière, à émettre des rayons de lumière jaune, avec un pic à 550 nm.
Le deuxième élément photoluminescent 23c est un encapsulant organique ou inorganique, notamment une résine comportant un gallate de zinc, ou un gallogermanate de calcium ou encore un silicate de gallium et de lanthane, dopé au cérium, apte à absorber de la lumière bleue et, par photoluminescence et en réponse à l’excitation réalisée par cette lumière, à émettre des rayons de lumière infrarouge avec un pic à 1400 nm.
Le deuxième élément 23c est disposé sur le générateur 23a de sorte qu’une partie des rayons de lumière bleue émis par le générateur 23a excite ce deuxième élément 23c pour qu’il émette, par photoluminescence des rayons de lumière infrarouge. L’autre partie des rayons de lumière bleue traverse le deuxième élément 23c.
Le premier élément 23b est disposé sur le deuxième élément 23c de sorte qu’une partie des rayons de lumière bleue ayant traversés le deuxième élément 23c excite ce premier élément 23b pour qu’il émette, par photoluminescence des rayons de lumière jaune. L’autre partie des rayons de lumière bleue traverse le première élément 23b.
Il est à relever qu’une majeure partie, voire aucun, des rayons de lumière infrarouge émis par le deuxième élément 23c n’excite le premier élément 23b, cette majeure partie, voire la totalité, des rayons de lumière infrarouge traversant ainsi le premier élément 23b, de sorte que le rendement de la source lumineuse 23, dans cette configuration, est plus important que dans le cas où le première élément 23b serait placé sous le deuxième élément 23c.
Ainsi, la source lumineuse 23 émet simultanément, lorsqu’elle est alimentée électriquement, des rayons de lumière bleue et jaune, la lumière ainsi formée apparaissant blanche pour l’œil humain, et des rayons de lumière infrarouge.
Le spectre d’émission S2 du premier élément 23b et le spectre d’émission S3 du deuxième élément 23c ont été superposés au spectre S1, l’ensemble formant ainsi le spectre S du faisceau F1.
Dans la mesure où le faisceau lumineux F1 est, en partie, composé de lumière blanche, il est possible d’employer ce faisceau lumineux F1 pour participer, partiellement ou totalement, à la réalisation d’une fonction photométrique, notamment réglementaire, prédéterminée. Dans ce cas, l’unité optique 24 est agencée pour mettre en forme ce faisceau lumineux F1 de sorte que sa distribution photométrique satisfasse les exigences de ladite fonction. On pourra par exemple prévoir que le faisceau lumineux F1 participe à la réalisation d’une fonction de type feu diurne, ou DRL.
En plus de cette fonction photométrique, le faisceau lumineux F1 permet au système 1 réaliser des fonctions de détection et d’évaluation de la position d’un obstacle sur la route et/ou de communication avec un autre véhicule ou avec une infrastructure routière.
L’unité de modulation 22 est apte à recevoir une séquence de données, par exemple prédéterminée dans le cadre d’un usage de détection et d’évaluation de la position d’un obstacle, la séquence étant dans ce cas stockée dans une mémoire du système 1 (non représentée) ou, en variante, générée par un calculateur du système 1 (non représenté) pour communiquer avec un système identique à celui de la prévu dans un autre véhicule ou dans une infrastructure routière.
L’unité de modulation 22 est agencée pour moduler le faisceau lumineux F1 émis par le module lumineux 21, à partir de cette séquence de données, par exemple en contrôlant l’alimentation électrique fournie à la source lumineuse 23.
A ces fins, l’unité de modulation 22 comporte un générateur d’un signal de contrôle modulé en largeur d’impulsion. Ce signal de contrôle permet de contrôler une alimentation à découpage (non représenté) de la source lumineuse 23. De façon classique, le rapport cyclique de ce signal de contrôle, fixé par l’unité de modulation 22, permet ainsi de contrôler la puissance électrique moyenne fournie à la source lumineuse 23, et donc de contrôler l’intensité lumineuse du faisceau lumineux F1, de sorte à satisfaire les exigences de la fonction photométrique qu’il réalise.
Dans l’exemple décrit, l’unité de modulation 22 est agencée pour convertir la séquence de données en un signal modulant et pour moduler le signal de contrôle initial à l’aide de ce signal modulant. On notera que plusieurs types de modulation peuvent être indifféremment employés dans le cadre de la présente invention, et notamment une modulation tout-ou-rien (ou OOK de l’anglais « On Off Keying »), une modulation en codage d’impulsion (ou PCM de l’anglais « Pulse Code Modulation »), une modulation en amplitude d’impulsion (ou PAM de l’anglais « Pulse Amplitude Modulation »), une modulation en largeur d’impulsion (ou PWM de l’anglais « Pulse Width Modulation ») ou encore une modulation en position d’impulsion (ou PPM de l’anglais « Pulse Position Modulation »).
Dans le cas d’un usage de détection et d’évaluation de la position d’un obstacle, on pourra prévoir que la séquence de données soit un signal binaire présentant différentes caractéristiques prédéterminées, comme notamment un pic d’autocorrélation pour un décalage temporel nul et/ou des valeurs d’autocorrélation faibles pour un décalage temporel non nul et/ou une longueur importante, ces caractéristiques permettant d’améliorer le rapport signal à bruit du système, et/ou un poids de Hamming tel que le niveau d’intensité lumineuse moyen du faisceau lumineux émis reste sensiblement inchangé lors de sa modulation avec la séquence de données. Une telle séquence pourra par exemple être générée au moyen d’un algorithme de génération de code aléatoire ou de code pseudo aléatoire.
Le faisceau lumineux F1 ainsi émis est composé d’un train d’impulsions lumineuses se succédant avec une fréquence suffisamment élevée, par exemple de 50 à 100 MHz, pour que l’œil humain ne les distingue plus. Par ailleurs, l’amplitude, la largeur et/ou la position de chaque impulsion au regard de la période permet au faisceau lumineux F1 de transporter la séquence de données vers le module de réception 3.
Le module de réception 3 comporte une unité optique 31, par exemple formée d’une succession de lentilles, en aval de laquelle sont prévus une pluralité de premiers modules d’acquisition élémentaires 32 et de deuxièmes modules d’acquisition élémentaires 33. Le module de réception 3 comporte par ailleurs une unité de contrôle 34 ainsi qu’une unité de démodulation 35.
Chacun des modules d’acquisition élémentaires 32 et 33 comporte un filtre optique 32a, 33a ainsi qu’un photodétecteur 32b, 33b prévu en aval de ce filtre. Le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 est ainsi concentré par l’unité optique 31 sur l’un ou plusieurs des photodétecteurs 32b et/ou 33b, en passant au travers du ou des filtres associés 32a et/ou 33a.
Le faisceau lumineux F2 pourra indifféremment être le faisceau lumineux F1 émis par le module d’émission 2 et réfléchi par un obstacle ou un objet, situé dans l’environnement du véhicule, vers le module de réception 3, ou un faisceau lumineux émis par un module d’émission d’un système d’un autre véhicule ou d’une infrastructure routière équipé d’un module d’émission semblable au module 2.
Dans le cas des premiers modules d’acquisition élémentaires 32, chaque filtre optique 32a est un filtre de lumière apte à transmettre une partie seulement du faisceau lumineux F2, à savoir un premier faisceau lumineux dont le spectre correspond uniquement à une partie ou la totalité du spectre visible de ce faisceau F2, c’est-à-dire comprise entre 380 nm et 780 nm. En d’autres termes, le reste des longueurs d’onde du faisceau lumineux F2, non transmises par le filtre 32a, est absorbé par ce filtre 32a.
Dans l’exemple décrit, chaque filtre optique 32a est un filtre de lumière bleue, dont le pic de transmission est centré sur une longueur d’onde de 445 nm et apte à laisser passer des rayons de lumière dont la longueur d’onde est comprise entre 430 et 470 nm, le reste étant absorbé par ce filtre 32a. On pourra par exemple prévoir que chaque filtre optique 32a soit un filtre absorbant passe-bande dont le coefficient de transmission est supérieur à 80% dans la bande 430 nm – 470 nm et dont le pic de transmission est centré sur 445 nm.
Dans le cas des deuxièmes modules d’acquisition élémentaires 33, chaque filtre optique 33a est un filtre de lumière apte à transmettre une autre partie seulement du faisceau lumineux F2, à savoir un deuxième faisceau lumineux dont le spectre correspond uniquement à une partie ou la totalité du spectre infrarouge de ce faisceau F2, c’est-à-dire supérieure strictement à 780 nm. En d’autres termes, le reste des longueurs d’onde du faisceau lumineux F2, non transmises par le filtre 33a, est absorbé par ce filtre 33a.
Dans l’exemple décrit, chaque filtre optique 33a est un filtre de lumière infrarouge, dont le pic de transmission est centré sur une longueur d’onde de 1400 nm et apte à laisser passer des rayons de lumière dont la longueur d’onde est comprise entre 1350 nm et 1450 nm, le reste étant absorbé par ce filtre 33a. On pourra par exemple prévoir que chaque filtre optique 33a soit un filtre absorbant passe-bande dont le coefficient de transmission est supérieur à 80% dans la bande 1350 nm – 1450 nm et dont le pic de transmission est centré sur 1400 nm.
Les photodétecteurs 32b et 33b sont identiques et sont chacun formés par une photodiode à avalanche d’un photomultiplicateur sur silicium. Ces photodiodes sont réparties de façon matricielle. Les filtres 32a et 33a sont également répartis de façon matricielle en étant alternés les uns avec les autres pour former un film unique en damier disposé sur le photomultiplicateur de sorte que chaque filtre soit en regard d’une photodiode.
On notera que les dimensions des filtres 32a et 33a ainsi que les dimensions des photodétecteurs 32b et 33b sont de l’ordre du micromètre. L’ensemble forme ainsi un capteur dont la résolution spatiale de réception est de l’ordre de 0,1°, et dont les capacités de détection, du fait de l’utilisation de photodiodes à avalanche, sont particulièrement importantes, même en cas de conditions d’acquisition dégradées.
Le système 1 comporte un module 4 d’acquisition d’une information relative à l’ensoleillement au voisinage du véhicule ou à la présence de pluie ou de brouillard au voisinage du véhicule. Le module 4 pourra par exemple comporter une ou plusieurs caméras associée(s) à un calculateur mettant en œuvre des algorithmes d’estimation d’une valeur relative à l’ensoleillement, d’une densité de gouttes de pluie ou d’une densité d’un brouillard, à partir des images acquises par la ou les caméras.
Le module 4 est agencé pour transmettre la ou lesdites informations à l’unité de contrôle 34, laquelle est agencée pour activer sélectivement les photodétecteurs 32b et 33b des premiers et deuxièmes modules d’acquisition élémentaires 32 et 33 en fonction de cette ou ces informations, par exemple en autorisant ou en interdisant l’alimentation électrique de ces photodétecteurs. L’activation des photodétecteurs des uns ou des autres des premiers et deuxièmes modules d’acquisition élémentaires 32 et 33 pourra être commandée par exemple selon qu’un éclairement dû au rayonnement solaire dépasse une valeur seuil donnée ou selon qu’une densité de pluie ou de brouillard dépasse une valeur seuil donnée.
Chacun des photodétecteurs, lorsqu’il est activé, convertit la portion du faisceau lumineux F2 qu’il reçoit, en un signal électrique qu’il transmet à l’unité de démodulation 35, laquelle peut alors en extraire une séquence de données.
Dans un exemple, l’unité de démodulation 35 peut opérer une corrélation du signal électrique converti avec un signal élémentaire, par exemple par convolution avec un signal correspondant à une impulsion ou un échelon, afin de transformer ce signal électrique en une séquence de valeurs discrètes, puis de seuiller cette séquence afin d’obtenir une séquence de données binaires.
Dans le cas où le système 1 met en œuvre une fonction de communication, cette séquence de données peut alors être transmise à un calculateur du véhicule pour y être interprétée, décodée et/ou transmise à un équipement ou à un utilisateur du véhicule.
Dans le cas où le système 1 met en œuvre une fonction de détection et d’évaluation de la position d’un objet ou d’un obstacle, cette séquence de données peut être transmise à une unité de calcul 5 du système 1. Cette unité de calcul 5 peut ainsi y détecter la présence d’une séquence de données prédéterminée, par exemple par convolution puis seuillage, avec laquelle l’unité de modulation 22 a modulé le faisceau lumineux F1 émis par le module lumineux 21. Dans ce cas, l’unité de calcul peut déterminer un temps de vol séparant l’émission du faisceau lumineux F1 de la réception du faisceau lumineux F2.
En lien avec la et avec la , on va maintenant décrire un premier mode de fonctionnement du système 1.
Dans l’exemple de la , les conditions d’ensoleillement au voisinage du véhicule sont particulièrement importantes. La lumière du soleil vient ainsi s’ajouter au faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3.
On peut ainsi se rapporter à la , laquelle illustre le spectre d’irradiance, ou éclairement, solaire au niveau de la mer. On constate que l’éclairement du soleil, dans le spectre visible, est sensiblement supérieur à celui d’une fonction photométrique comme un feu diurne. En revanche, du fait de l’absorption d’une partie de la lumière par les couches atmosphériques, on constate également des creux dans le spectre d’irradiance dans lesquels l’éclairement est plus faible, voire nul. C’est notamment le cas dans des plages s’étendant autour des longueurs d’ondes infrarouge suivantes : 850 nm, 1150 nm, 1400 nm et 1900 nm.
Dès lors, le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 se compose d’une part du faisceau lumineux F1 émis par le module d’émission 2, ou par un autre module d’émission semblable, et de la lumière solaire. Les niveaux d’intensité de ce faisceau F2 dépassent largement ceux du faisceau F1 pour les plages de longueur d’onde du domaine visible (représentés en hachuré en et sont en revanche de l’ordre de ceux du faisceau F1 pour les plages de longueur d’onde infrarouge visées ci-dessus. Dès lors, le pic du faisceau F1 à 1400 nm se retrouve, sensiblement à l’identique, dans le faisceau F2.
Dans ces conditions, à la réception des informations d’ensoleillement transmises par le module d’acquisition 4, l’unité de contrôle 34 active les deuxièmes modules d’acquisition élémentaires 33 et désactive les premiers modules d’acquisition élémentaires 32. Une valeur seuil d’éclairement, au-delà de laquelle les deuxièmes modules d’acquisition élémentaires 33 sont activés, pourra être déterminée selon les dimensions des photodétecteurs 32b et 33b et de leur efficacité.
On comprend ainsi que le premier faisceau lumineux filtré par les filtres 32a aurait causé une saturation des photodétecteurs 32b des premiers modules 32, venant dégrader le rapport signal à bruit du module de réception 3. La désactivation des photodétecteurs 32b permet d’éviter cette dégradation. A l’inverse, le deuxième faisceau lumineux filtré par les filtres 33a peut être correctement converti par les photodétecteurs 33b sans risquer de les saturer.
En lien avec la et avec la , on va maintenant décrire un deuxième mode de fonctionnement du système 1.
Dans l’exemple de la , les conditions météorologiques au voisinage du véhicule sont particulièrement dégradées, du fait de la présence de pluie ou de brouillard. Une partie du faisceau lumineux F2 a ainsi été absorbée par cette pluie ou ce brouillard avant que le faisceau F2 soit reçu par le module de réception 3.
On peut ainsi se rapporter à la , laquelle illustre le spectre d’absorption de l’eau liquide. On constate que le coefficient d’absorption de l’eau, dans le spectre infrarouge, est particulièrement élevé. En revanche, dans le spectre visible et en particulier au niveau du bleu à 445 nm, on constate que le coefficient d’absorption est inférieur à 1.
Dès lors, le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 se compose d’une partie seulement du faisceau lumineux F1 émis par le module d’émission 2, ou par un autre module d’émission semblable. Les niveaux d’intensité de ce faisceau F2 sont particulièrement faibles, pour les plages de longueur d’onde du domaine infrarouge, et sont en revanche de l’ordre de ceux du faisceau F1 pour les plages de longueur d’onde du domaine visible. Dès lors, le pic du faisceau F1 à 445 nm se retrouve, sensiblement à l’identique, dans le faisceau F2.
Dans ces conditions, à la réception des informations de présence de pluie ou de brouillard transmises par le module d’acquisition 4, l’unité de contrôle 34 active les premiers modules d’acquisition élémentaires 32 et désactive les deuxièmes modules d’acquisition élémentaires 33.
On comprend ainsi que le deuxième faisceau lumineux filtré par les filtres 33a aurait eu une intensité trop faible pour pouvoir donner lieu à une détection correcte par les photodétecteurs 33b des deuxièmes modules 33, venant dégrader le rapport signal à bruit du module de réception 3. La désactivation des photodétecteurs 33b permet d’éviter cette dégradation. A l’inverse, le premier faisceau lumineux filtré par les filtres 32a peut être correctement converti par les photodétecteurs 32b compte tenu de son intensité.
On notera par ailleurs que la lumière bleue correspond aux rayons de lumière émis en premier par la source lumineuse 23, les rayons de lumière jaune étant émis avec un temps de réponse plus important compte tenu du délai introduit par la photoluminescence. Dès lors, dans la mesure où les filtres 32a permettent de réaliser une détection uniquement à partir de la lumière bleue reçue par le module de réception 3, on vient ainsi améliorer la résolution d’évaluation du temps de vol du faisceau lumineux F2 et/ou le débit de transmission de données entre un module d’émission et le module de réception 3.
Par ailleurs, compte tenu de la configuration des filtres 32a et 33a en damier, on s’assure de pouvoir détecter un obstacle ou de recevoir des informations depuis un véhicule ou une infrastructure, quel que soit sa position dans la scène de route et sa distance au véhicule, au prix d’une baisse de la résolution spatiale de détection du module de réception 3, laquelle reste néanmoins satisfaisante.
De façon avantageuse, on pourra prévoir que l’autre projecteur du véhicule comporte également un module d’émission et un module de réception selon l’invention, les configurations en damier des filtres 32a et 33a étant complémentaires d’un projecteur à l’autre, de sorte qu’on puisse obtenir une résolution spatiale de détection optimale.
La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, à savoir fournir un système d’un véhicule automobile capable de réaliser des fonctions de communication ou de détection à partir de lumière visible et dont le rapport signal à bruit soit optimal quelles que soient les conditions météorologiques. Ces objectifs sont notamment atteints d’une part à l’aide d’un module d’émission capable d’émettre un faisceau lumineux modulé et composé de lumière visible et d’infrarouge et d’autre part à l’aide d’un module de réception capable de décomposer un faisceau lumineux reçu en une partie visible et une partie infrarouge et de démoduler l’une ou l’autre de ces parties en fonctions des conditions météorologiques.
En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. En particulier, on pourra prévoir d’employer d’autres types de modules d’acquisition de données météorologiques et notamment des moyens de communication avec un serveur de données météorologiques distant. On pourra également prévoir d’autres configurations du module d’émission, et notamment un module d’émission dans lequel les éléments photoluminescents sont inversés ou mélangés, ou encore un module d’émission employant deux sources lumineuses aptes à émettre l’une de la lumière visible et l’autre de la lumière infrarouge, ou encore un module d’émission employant d’autres types de source lumineuse que celui décrit, comme une diode laser, une VCSEL ou une SLED. On pourra encore prévoir de réaliser d’autres fonctions photométriques que celle décrite, et notamment des fonctions d’éclairage de type croisement ou des fonctions de signalisation de type feu de position. On pourra également prévoir d’autres configurations du module de réception, et notamment un module de réception employant une matrice d’obturateurs, par exemple de type LCD, pour activer ou désactiver les modules d’acquisition élémentaires. On pourra également envisager d’autres plages de longueurs d’onde que celles décrites, et notamment d’employer de la lumière jaune ou rouge en tant que lumière visible et d’employer d’autres plages de longueurs d’onde infrarouge parmi celles identifiées dans les creux du spectre d’irradiance solaire.

Claims (11)

  1. Système lumineux (1) d’un véhicule automobile, comportant un module d’émission (2) comportant un module lumineux (21) apte à émettre un faisceau lumineux (F1) dont le spectre (S) présente simultanément au moins une portion dans le spectre visible et une portion dans le spectre infrarouge et une unité de modulation (22) apte à recevoir une séquence de données et agencée pour moduler ledit faisceau lumineux émis à partir de la séquence de données reçues.
  2. Système lumineux (1) selon la revendication précédente, dans lequel le module lumineux (21) est agencé de sorte que le spectre (S) du faisceau lumineux (F1) émis présente un premier pic compris dans une plage de 400 nm et 500 nm et un deuxième pic dans une plage de 925 à 975 nm ou dans une plage de 1100 nm à 1175 nm ou dans une plage de 1325 nm à 1500 nm.
  3. Système lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module lumineux (21) comporte une source lumineuse (23) apte à émettre des rayons lumineux dont la ou les longueurs d’onde sont situées dans le spectre visible et des rayons lumineux dont la ou les longueurs d’onde sont situées dans le spectre infrarouge et une unité optique (24) agencée pour projeter les rayons lumineux émis par la source lumineuse pour former ledit faisceau lumineux (F1).
  4. Système lumineux (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la source lumineuse (23) comporte un générateur (23a) apte à émettre des rayons de lumière d’une première longueur d’onde située dans le spectre visible, un premier élément photoluminescent (23b) apte à absorber une partie desdits rayons de lumière de la première longueur d’onde et à émettre des rayons de lumière d’une deuxième longueur d’onde également située dans le spectre visible et un deuxième élément photoluminescent (23c) apte à absorber une partie desdits rayons de lumière de la première et/ou de la deuxième longueur d’onde et à émettre des rayons de lumière d’une troisième longueur d’onde située dans le spectre infrarouge.
  5. Système lumineux (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième élément photoluminescent (23c) est disposé sur le générateur (23a) et en ce que le premier élément photoluminescent (23b) est disposé sur le deuxième élément photoluminescent.
  6. Système lumineux (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le module lumineux (21) comporte une première source lumineuse (23) apte à émettre des rayons lumineux dont la ou les longueurs d’onde sont situées dans le spectre visible et une deuxième source lumineuse (23) apte à émettre des rayons lumineux dont la ou les longueurs d’onde sont situées dans le spectre infrarouge et une unité optique (24) agencée pour projeter les rayons lumineux émis par les première et deuxième sources lumineuses pour former ledit faisceau lumineux (F1).
  7. Système lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’unité de modulation (22) est agencée pour générer un signal de contrôle modulé en largeur d’impulsion, pour moduler ledit signal de contrôle à partir de la séquence de données reçue et pour contrôler l’émission dudit faisceau lumineux (F1) par le module lumineux (21) à partir du signal de contrôle modulé.
  8. Système lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un module de réception (3) apte à recevoir un faisceau lumineux (F2), dans lequel le module de réception comporte une pluralité de modules d’acquisition élémentaires (32, 33) comprenant chacun un photodétecteur (32b, 33b) apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique, la pluralité de modules d’acquisition comportant au moins :
    1. un premier module d’acquisition élémentaire (32), lequel est apte à transmettre au moins une partie dudit faisceau lumineux reçu vers son photodétecteur (32b), ladite partie transmise étant un premier faisceau lumineux dont le spectre présente une portion dans le spectre visible ;
    2. un deuxième module d’acquisition élémentaire (33), lequel est apte à transmettre une partie seulement dudit faisceau lumineux reçu vers son photodétecteur (33b), ladite partie transmise étant un deuxième faisceau lumineux dont le spectre présente une portion dans le spectre infrarouge ;
    et en ce que le module de réception comporte une unité de contrôle (34) apte à recevoir une information relative à une condition météorologique du véhicule automobile et agencée pour activer sélectivement l’un ou l’autre des premier et deuxième modules d’acquisition élémentaires en fonction de ladite information.
  9. Système lumineux (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de calcul (5) agencée pour détecter, dans une séquence de données extraite par une unité de démodulation (34) depuis un signal électrique converti par un photodétecteur (32b, 33b) à partir d’un faisceau lumineux (F2) reçu par le module de réception (3), la présence d’une séquence de données modulant le faisceau lumineux (F1) émis par le module d’émission (2) et pour déterminer un temps de vol séparant l’émission dudit faisceau lumineux émis de la réception dudit faisceau lumineux reçu.
  10. Système lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en que le module d’émission (2) est agencé dans un projecteur avant du véhicule automobile.
  11. Système lumineux (1) selon la revendication précédente, dans lequel le module d’émission (2) est agencé de sorte que le faisceau lumineux (F1) participe, totalement ou partiellement, à la réalisation d’une fonction photométrique réglementaire prédéterminée.
PCT/EP2023/061041 2022-05-05 2023-04-26 Système de détection et/ou de communication d'un véhicule automobile comportant un module d'émission d'un faisceau lumineux WO2023213664A1 (fr)

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