WO2023213666A1 - Système de détection et/ou de communication d'un véhicule automobile comportant un module de réception d'un faisceau lumineux - Google Patents

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

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WO2023213666A1
WO2023213666A1 PCT/EP2023/061043 EP2023061043W WO2023213666A1 WO 2023213666 A1 WO2023213666 A1 WO 2023213666A1 EP 2023061043 W EP2023061043 W EP 2023061043W WO 2023213666 A1 WO2023213666 A1 WO 2023213666A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light beam
module
light
range
lens
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/061043
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre Renaud
Yolande SIKALI-MAMDEM
Original Assignee
Valeo Vision
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of WO2023213666A1 publication Critical patent/WO2023213666A1/fr

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Classifications

    • 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 invention relates to a system of a motor vehicle, comprising a reception module capable of receiving a light beam, the reception module comprising an elementary acquisition module comprising a photodetector capable of converting a light signal which it receives in an electrical signal, characterized in that the reception module comprises an optical unit arranged in front of the elementary acquisition module, the optical unit comprising a lens made of an absorbent material to form a first optical filter of the type bandpass capable of transmitting a first range of wavelengths and an optical element arranged to form a second optical filter of the interference type capable of transmitting a second range of wavelengths at least partially included in the first range and substantially more narrow than the first beach.
  • a first filter makes it possible to roughen this light beam by eliminating a significant part of the spectrum of this beam, without however the bandwidth of this filter being particularly narrow.
  • This type of filter can easily be produced using a lens made from an absorbent material, for example by being mass-tinted.
  • a second filter refines the light beam received, by selecting a narrow band in the passband of the first filter. Taking into account the fact that a major part of the spectrum has been eliminated by the first filter, the number of layers of the second filter can be greatly reduced, without the performance of this second filter being affected. Therefore, the complexity of production and the cost of this second filter can be reduced.
  • these filters make it possible to greatly reduce the impact of sunlight and therefore to avoid saturation of the photodetector.
  • first filter could be arranged upstream of the second filter or vice versa, without departing from the scope of the present invention.
  • the optical unit has a focal plane passing through the photodetector of the elementary acquisition module.
  • the absorbent material of said lens may be selected so that the first optical filter has a transmission coefficient of at least 80% in the first range, or passband, and a transmission coefficient of less than 80 % outside the first range.
  • the lens may be made from a single material, such as glass or a thermoplastic material, tinted or colored, to form said first filter, or it may be made from a plurality of materials, organized for example in layers, at least one of which forms said first filter.
  • the absorbing material of the lens is selected so that the first range is centered on a wavelength of the visible spectrum, that is to say a wavelength between 380 nm and 780 nm.
  • the first optical filter may present a transmission peak, that is to say a peak whose transmission coefficient is greater than 95%, in the violet or in the blue, in particular between 380 nm and 500 nm, in particular at substantially 390 nm or substantially 450 nm.
  • the first range that is to say the range of wavelengths for which the transmission coefficient of the first filter is greater than or equal to 80%, extends partially or totally in the visible spectrum, and could for example be the range 420 nm to 490 nm, the transmission coefficient of the first filter being less than 80% outside this range and in particular less than 40% in green, yellow, red and infrared.
  • the absorbent material of the lens could be a glass composition as described in patent EP0481165.
  • the optical element may be arranged so that the second optical filter has a transmission coefficient of at least 80% in the second range, or bandwidth, and a transmission coefficient of less than 80% in the second range. first range outside the second range.
  • the optical element may be arranged so that the second optical filter equally has a transmission coefficient lower and/or higher than 80% outside the first range.
  • the second optical filter has other bandwidths provided outside the first range, without departing from the scope of the present invention.
  • This second filter, of the interference type makes it possible to improve the signal-to-noise ratio of the system, by reflecting what has not been absorbed or what should not be absorbed by the first filter.
  • the optical element is arranged so that the width of the second range is less than 30 nm.
  • the second range could be centered on a wavelength included in the first range, for example between 445 nm and 450 nm.
  • 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. Therefore, in the context of detecting an obstacle by analyzing the time of flight of a light beam, the resolution of evaluating the time of flight will necessarily be higher if the evaluation is done using light only.
  • the second range is centered on a wavelength between 445 nm and 450 nm thus makes it possible to reduce the uncertainty in detecting the distance of an obstacle to the vehicle. Symmetrically, this second range makes it possible to increase the data communication rate between a transmission module and the reception module.
  • the optical element comprises a stack of thin layers each alternately having a high refractive index or a low refractive index.
  • the low refractive index will be significantly lower than the high refractive index.
  • Such a configuration is also called a Bragg mirror.
  • the thickness of each layer could for example be determined as a function of the central wavelength of the second range and the high and/or low refractive indices. Note that the thickness of each layer will be significantly less than the central wavelength of the second range.
  • one of the following materials could be used for thin layers with a high refractive index: niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), titanium dioxide (TiO 2 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ) or hafnium dioxide (HfO 2 ).
  • niobium pentoxide Nb 2 O 5
  • titanium dioxide TiO 2
  • tantalum pentoxide Ti 2 O 5
  • zirconium dioxide ZrO 2
  • hafnium dioxide HfO 2
  • the number of layers of the optical element will advantageously be less than 20 layers. In other words, the design of the optical element is simpler and its cost is lower, thanks to the presence of the first filter.
  • the lens is a plano-convex lens and the optical element is a coating formed on the planar face of the lens.
  • said flat face of the lens may be the face of the lens oriented towards the elementary acquisition module.
  • the optical element is a flat blade interposed between the lens and the elementary acquisition module.
  • the optical unit comprises a plurality of lenses comprising said lens forming the first optical filter and at least one other lens made of a transparent material.
  • the reception module comprises a plurality of elementary acquisition modules each comprising a photodetector capable of converting a light signal that it receives into an electrical signal. If necessary, it can be provided that the optical unit has a focal plane passing through each of the photodetectors.
  • all of the photodetectors can form a sensor, for example a single electronic component.
  • the photodetector of the or 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.
  • the reception module comprises a demodulation unit connected to the or each photodetector and arranged to extract a sequence of data from an electrical signal converted by this photodetector.
  • the system comprises a transmission module comprising a light module capable of emitting a light beam whose spectrum has at least a portion in the second wavelength range and a modulation unit capable of receiving a sequence of data and arranged to modulate said light beam emitted from the sequence of data received.
  • 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 440 nm to 500 nm, in particular at 450 nm.
  • the light module comprises a light source capable of emitting light rays of which at least one or at least certain wavelengths are located in the second wavelength range 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 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 comprises a calculation unit arranged to detect, in a data sequence extracted by the demodulation unit from an electrical signal converted by the photodetector from a light beam received by the reception module, the presence of 'a data sequence modulating the light beam emitted by the transmission 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 reception module and where appropriate the transmission module, is arranged in a front headlight of the motor vehicle.
  • the invention also relates to a reception 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 a portion is located in the visible spectrum.
  • the spectrum S presents a first peak of intensity P1, or line, in the blue, for example at 450 nm. Note that it is possible that the S spectrum presents other intensity peaks, and in particular intensity peaks in the infrared.
  • 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.
  • the light source 23 comprises for example a semiconductor generator (not shown), 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 with an emission peak at 450 nm.
  • the light source also comprises a photoluminescent element, in the form of a resin comprising a cerium-doped yttrium aluminum garnet, or CE:YAG, capable of absorbing blue light and, by photoluminescence and in response to the excitation produced by this light, to emit rays of yellow light, with a peak at 550 nm.
  • the photoluminescent element is arranged on the generator so that part of the blue light rays excite this element so that it emits, by photoluminescence, rays of yellow light. The other part of the blue light rays passes through this element.
  • 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.
  • 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 light beam F1 thus emitted is composed of a train of light pulses following one another with a sufficiently high frequency, for example greater than 30 MHz, in particular between 70 MHz and 100 MHz, so that the human eye cannot distinguish them. more. 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, downstream of which a plurality of elementary acquisition modules 32 are provided.
  • the reception module 3 also comprises a demodulation unit 33.
  • Each of the elementary acquisition modules 32 comprises a photodetector 32a.
  • 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 32a.
  • 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.
  • the photodetectors 32a are identical and are each formed by an avalanche photodiode of a silicon photomultiplier. These photodiodes are distributed in a matrix fashion. It will be noted that the dimensions of the photodetectors 32a 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.
  • Each of the photodetectors converts the portion of the light beam F2 that it receives into an electrical signal which it transmits to the demodulation unit 33, which can then extract a sequence of 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 4 of the system 1.
  • This unit calculation unit 4 can thus detect the presence of a predetermined data sequence with which the modulation unit 22 modulates the light beam F1 emitted by the light module 21. In this case, 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 optical unit 31 comprises a plurality of lenses including three lenses 51 made of a transparent or translucent material as well as a lens 52 made of an absorbent material to form a first optical filter I1 of the band-pass type capable of transmitting a first BP1 wavelength range.
  • this set of lenses 51 and 52 has a focal plane passing through the photodetectors 32a of the elementary acquisition modules 32.
  • the absorbent material of the lens 52 is a tinted glass which has been selected so that the first optical filter I1 has a transmission coefficient of at least 80% in the first wavelength range BP1 and a lower transmission coefficient 80% outside of this first BP1 range.
  • this first optical filter I1 formed by the lens 52 (shown in dotted lines).
  • the bandwidth BP1 of the first filter I1 is a range 420 nm to 490 nm with a transmission peak at 450 nm. Outside this range, the transmission coefficient is less than 80%, or even less than 50%.
  • the optical unit 31 also comprises an optical element 53 arranged to form a second optical filter I2 capable of transmitting a second range of wavelengths BP2 at least partially included in the first range BP1 and substantially narrower than the first range BP1.
  • the optical element 53 is an interference filter comprising a stack of thin layers each presenting alternately a high refractive index or a low refractive index.
  • the high refractive index layers are made of titanium dioxide (TiO 2 ) and the thin layers of low refractive index are made of silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the lens 52 is a plano-convex lens and the optical element 53 is a coating formed on the flat face of this lens oriented towards the photodetectors 32a.
  • the number of layers and the thickness of the layers have been determined so that the second optical filter I2 has a transmission coefficient of at least 80% in the second range BP2.
  • this second optical filter I2 formed by the optical element 53 (represented in mixed dotted lines).
  • the bandwidth BP2 of the second filter I2 for which the transmission coefficient is greater than or equal to 80%, is a range 430 nm to 460 nm with a transmission peak at 445 nm.
  • the second optical filter I2 has other passbands outside the first range BP1, without this impacting the performance of the system, as will be described subsequently.
  • the optical element 53 is formed of 11 superimposed layers.
  • the set of filters I1 and I2 thus forms a filter I whose transmission spectrum has been superimposed on the other transmission spectra of filters I1 and I2 in .
  • the spectrum of filter I thus presents only a single range of wavelengths, corresponding to the BP2 range, for which the transmission coefficient is greater than 80%.
  • the sunlight is thus added to the light beam F2 received by the reception module 3.
  • the illuminance of the sun in the visible spectrum, is significantly greater than that of a photometric function like a daytime running light. Therefore, 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 F2 beam greatly exceed those of the F1 beam for the wavelength ranges of the visible domain.
  • the combination of filters I1 and I2 makes it possible to minimize the influence of the sun on the beam F2, by eliminating all the wavelengths of the beam F2 with the exception of those of the second range BP2. In this way, saturation of the photodetectors 32a which will receive this beam F2 is avoided, without however the filter I being particularly complex or expensive.
  • the filter I allows only the blue component of the beam F2 to be preserved, that is to say the component corresponding to the rays of light emitted first by the light source 23, the rays of yellow light being emitted with a longer response time taking into account the delay introduced by photoluminescence. Therefore, to the extent that the detection is carried out solely 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 transmission rate data between a transmission module and the reception module 3.
  • 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.
  • we could plan to use other types of light source than that described such as a laser diode, a VCSEL or a SLED.
  • Other configurations of the optical element forming the second optical filter could also be provided, such as a flat blade.
  • Other materials could also be provided to make the lens or the optical element making it possible to obtain the same wavelength ranges or other wavelength ranges, or to arrange the first filter upstream. of the second filter.

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Abstract

L'invention concerne un système (1) d'un véhicule automobile, comportant un module de réception (3) apte à recevoir un faisceau lumineux (F2), dans lequel le module de réception comporte un module d'acquisition élémentaire (32) comprenant un photodétecteur (32a) apte à convertir un signal lumineux qu'il reçoit en un signal électrique, caractérisé en ce que le module de réception comporte une unité optique (31) agencée devant le module d'acquisition élémentaire, l'unité optique comportant une lentille (52) réalisée dans un matériau absorbant pour former un premier filtre optique (I1) de type passe-bande apte à transmettre une première plage de longueurs d'onde (BP1) et un élément optique (53) agencé pour former un deuxième filtre optique (I2) de type interférentiel apte à transmettre une deuxième plage de longueurs d'onde (BP2) au moins partiellement comprise dans la première plage et sensiblement plus étroite que la première plage.

Description

Système de détection et/ou de communication d’un véhicule automobile comportant un module de réception d’un faisceau lumineux
L’invention concerne le domaine de l’éclairage automobile et des fonctions de transmission de données au moyen de la lumière émise par un système d’éclairage automobile. Plus précisément, l’invention concerne un système d’un véhicule automobile pour la réception de données transmises par un faisceau lumineux.
Il est connu, dans le domaine automobile, d’utiliser un faisceau lumineux émis par un module lumineux pour réaliser une fonction photométrique donnée, 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.
Afin d’éviter cette saturation du photodétecteur, il pourrait envisager de filtrer le faisceau lumineux reçu dans une bande de longueur d’onde très étroite, par exemple entre 420 nm et 470 nm, de sorte à limiter l’impact de la lumière du soleil. Toutefois, compte tenu de l’étendue du spectre d’irradiance solaire, la réalisation d’un filtre passe-bande capable de filtrer le faisceau lumineux sur une bande étroite est particulièrement complexe. Il serait par exemple nécessaire de superposer plus de cinquante couches minces pour former un filtre interférentiel capable de réfléchir, de façon suffisante, la totalité de ce spectre d’irradiance solaire en dehors de cette bande étroite. En outre, au-delà de la complexité de fabrication, le coût d’un tel filtre pour obtenir un gain nul ou suffisamment faible en dehors de la bande étroite et pour obtenir une pente élevée du gain aux bornes de cette bande étroite devient prohibitif.
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, dont le rapport signal à bruit soit optimal dans toutes les conditions météorologiques, y compris en cas d’ensoleillement important, et dont la complexité de réalisation et le coût soit raisonnable.
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 de réception apte à recevoir un faisceau lumineux, le module de réception comportant un module d’acquisition élémentaire comprenant un photodétecteur apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique, caractérisé en ce que le module de réception comporte une unité optique agencée devant le module d’acquisition élémentaire, l’unité optique comportant une lentille réalisée dans un matériau absorbant pour former un premier filtre optique de type passe-bande apte à transmettre une première plage de longueurs d’onde et un élément optique agencé pour former un deuxième filtre optique de type interférentiel apte à transmettre une deuxième plage de longueurs d’onde au moins partiellement comprise dans la première plage et sensiblement plus étroite que la première plage.
On comprend ainsi que l’invention propose de filtrer le faisceau lumineux reçu en deux temps. Un premier filtre permet de dégrossir ce faisceau lumineux en éliminant une partie conséquente du spectre de ce faisceau, sans toutefois que la bande-passante de ce filtre soit particulièrement étroite. Ce type de filtre peut être aisément réalisé à l’aide d’une lentille fabriquée dans un matériau absorbant, par exemple en étant teintée dans la masse. Un deuxième filtre, de type interférentiel ou dichroïque, vient ensuite affiner le faisceau lumineux reçu, en sélectionnant une bande étroite dans la bande-passante du premier filtre. Compte tenu du fait qu’une majeure partie du spectre a été éliminée par le premier filtre, le nombre de couches du deuxième filtre peut être fortement réduit, sans que les performances de ce deuxième filtre en soit affectée. Dès lors, la complexité de réalisation et le coût de ce deuxième filtre peuvent être réduits. En outre, dans des conditions d’ensoleillement important, lorsque la lumière du soleil vient s’ajouter à la lumière émise par un module d’émission, ces filtres permettent de réduire fortement l’impact de la lumière du soleil et donc d’éviter une saturation du photodétecteur.
Il est à noter qu’on pourra indifféremment prévoir que le premier filtre soit agencé en amont du deuxième filtre ou inversement, sans sortir du cadre de la présente invention. On pourra également prévoir d’ajouter d’autres éléments optiques formant d’autres filtres interférentiels venant encore rétrécir la bande du faisceau lumineux reçu. On pourra encore prévoir que la deuxième plage soit partiellement ou totalement comprise dans la première plage.
De préférence, l’unité optique présente un plan focal passant par le photodétecteur du module d’acquisition élémentaire.
Dans la présente invention, le matériau absorbant de ladite lentille pourra être sélectionné de sorte que le premier filtre optique présente un coefficient de transmission d’au moins 80% dans la première plage, ou bande-passante, et un coefficient de transmission inférieur à 80% en dehors de la première plage. La lentille pourra être réalisée dans un seul matériau, comme un verre ou un matériau thermoplastique, teinté ou coloré, pour former ledit premier filtre, ou elle pourra être réalisée dans une pluralité de matériaux, organisés par exemple en couches dont l’une au moins forme ledit premier filtre.
Avantageusement, le matériau absorbant de la lentille est sélectionné de sorte que la première plage soit centrée sur une longueur d’onde du spectre visible, c’est-à-dire une longueur d’onde comprise entre 380 nm et 780 nm Par exemple, le premier filtre optique pourra présenter un pic de transmission, c’est-à-dire un pic dont le coefficient de transmission est supérieur à 95%, dans le violet ou dans le bleu, notamment entre 380 nm et 500 nm, en particulier à sensiblement 390 nm ou à sensiblement 450 nm. Le cas échéant, la première plage, c’est-à-dire la plage de longueurs d’onde pour laquelle le coefficient de transmission du premier filtre est supérieur ou égal à 80%, s’étend partiellement ou totalement dans le spectre visible, et pourra par exemple être la plage 420 nm à 490 nm, le coefficient de transmission du premier filtre étant inférieur à 80% en dehors de cette plage et notamment inférieur à 40% dans le vert, le jaune, le rouge et l’infrarouge.
Par exemple, le matériau absorbant de la lentille pourra être une composition de verre telle que décrite dans le brevet EP0481165.
Dans la présente invention, l’élément optique pourra être agencé de sorte que le deuxième filtre optique présente un coefficient de transmission d’au moins 80% dans la deuxième plage, ou bande-passante et un coefficient de transmission inférieur à 80% dans la première plage en dehors de la deuxième plage. L’élément optique pourra être agencé de sorte que le deuxième filtre optique présente indifféremment un coefficient de transmission inférieur et/ou supérieur à 80% en dehors de la première plage. On pourra notamment envisager que le deuxième filtre optique présente d’autres bandes-passantes prévues en dehors de la première plage, sans sortir du cadre de la présente invention. Ce deuxième filtre, de type interférentiel, permet d’améliorer le rapport signal à bruit du système, en réfléchissant ce qui n’a pas été absorbé ou ce qui ne doit pas être absorbé par le premier filtre.
Avantageusement, l’élément optique est agencé de sorte que la largeur de la deuxième plage soit inférieure à 30 nm. Par exemple, la deuxième plage pourra être centrée sur une longueur d’onde comprise dans la première plage, par exemple comprise entre 445 nm et 450 nm.
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. Le fait que la deuxième plage soit centrée sur une longueur d’onde comprise entre 445 nm et 450 nm permet ainsi de réduire l’incertitude de détection de la distance d’un obstacle au véhicule. Symétriquement, cette deuxième plage permet d’augmenter le débit de communication de données entre un module d’émission et le module de réception.
Dans un exemple de réalisation de l’invention, l’élément optique comporte un empilement de couches minces présentant chacune et de façon alternée un indice de réfraction haut ou un indice de réfraction bas. L’indice de réfraction bas sera sensiblement inférieur à l’indice de réfraction haut. Une telle configuration est également appelée miroir de Bragg. L’épaisseur de chaque couche pourra par exemple être déterminée en fonction de la longueur d’onde centrale de la deuxième plage et des indices de réfraction haut et/ou bas. On notera que l’épaisseur de chaque couche sera sensiblement inférieure à la longueur d’onde centrale de la deuxième plage.
On pourra par exemple employer pour les couches minces d’indice de réfraction haut l’un des matériaux suivants : du pentoxyde de niobium (Nb2O5), du dioxyde de titane (TiO2), du pentoxyde de tantale (Ta2O5), du dioxyde de zirconium (ZrO2) ou du dioxyde d’hafnium (HfO2). On pourra par exemple employer pour les couches minces d’indice de réfraction bas du dioxyde de silicium (SiO2).
Le nombre de couches de l’élément optique sera avantageusement inférieur à 20 couches. En d’autres termes, la conception de l’élément optique est plus simple et son coût est moins élevé, grâce à la présence du premier filtre.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la lentille est une lentille plan-convexe et l’élément optique est un revêtement formé sur la face plane de la lentille. Le cas échéant, ladite face plane de la lentille peut être la face de la lentille orientée vers le module d’acquisition élémentaire.
Dans un mode de réalisation alternatif ou cumulatif, l’élément optique est une lame plane interposée entre la lentille et le module d’acquisition élémentaire.
Avantageusement, l’unité optique comporte une pluralité de lentilles comportant ladite lentille formant le premier filtre optique et au moins une autre lentille réalisée dans un matériau transparent.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le module de réception comporte une pluralité de modules d’acquisition élémentaires comprenant chacun un photodétecteur apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique. Le cas échéant, on pourra prévoir que l’unité optique présente un plan focal passant par chacun des photodétecteurs.
Par exemple, l’ensemble des photodétecteurs peut former un capteur, par exemple un unique composant électronique.
Avantageusement, le photodétecteur du ou de chaque module d’acquisition élémentaire est une photodiode à avalanche. Ce type de photodétecteur est également connu sous le nom de SPAD, de l’anglais « Single-Photon Avalanche Diode ». L’ensemble des photodiodes à avalanche peut ainsi former un photomultiplicateur sur silicium ou SiPM (de l’anglais « Silicon PhotoMultiplier »). Ce type de photodétecteur permet de détecteur l’incidence d’un seul photon avec un gain important, par exemple de l’ordre de 106, et donc de pallier les dégradations du rapport signal-à-bruit dues aux conditions externes ou encore aux absorptions des filtres.
Avantageusement, le module de réception comporte une unité de démodulation reliée au ou à chaque photodétecteur et agencée pour extraire une séquence de données depuis un signal électrique converti par ce photodétecteur.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le système comporte un module d’émission comportant un module lumineux apte à émettre un faisceau lumineux dont le spectre présente au moins une portion dans la deuxième plage de longueur d’onde 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.
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 440 nm à 500 nm, notamment à 450 nm.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le module lumineux comporte une source lumineuse apte à émettre des rayons lumineux dont au moins une ou au moins certaines longueurs d’onde sont situées dans la deuxième plage de longueur d’onde 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.
Avantageusement, l’unité de modulation est agencée pour générer un signal de contrôle modulé en largeur d’impulsion, pour moduler ledit signal de contrôle à partir de la séquence de données reçue et pour contrôler l’émission dudit faisceau lumineux par le module lumineux à partir du signal de contrôle modulé. Par exemple, l’unité de modulation pourra être agencée pour convertir ladite séquence de données reçue en un signal modulant et pour moduler, par exemple en amplitude, en fréquence ou en phase, le signal de contrôle avec ce signal modulant.
Avantageusement, le système comporte une unité de calcul agencée pour détecter, dans une séquence de données extraite par l’unité de démodulation depuis un signal électrique converti par le photodétecteur à partir d’un faisceau lumineux reçu par le module de réception, la présence d’une séquence de données modulant le faisceau lumineux émis par le module d’émission et pour déterminer un temps de vol séparant l’émission dudit faisceau lumineux émis de la réception dudit faisceau lumineux reçu.
Avantageusement, le module d’émission est agencé de sorte que le faisceau lumineux participe, totalement ou partiellement, à la réalisation d’une fonction photométrique réglementaire prédéterminée. Il pourra par exemple s’agit d’un feu diurne ou DRL (de l’anglais « Daytime Running Lamp »), lequel présente comme avantage d’être émis dans un champ large avec une intensité faible.
Avantageusement, le module de réception, et le cas échéant le module d’émission, est agencé dans un projecteur avant du véhicule automobile.
L’invention a également pour objet un module de réception 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’un module de réception du système de la  ; et
représente, schématiquement et partiellement, un spectre de transmission de l’unité optique du module de réception de la .
Dans la description qui suit, les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.
On a représenté en un système 1 d’un véhicule automobile selon un exemple de réalisation de l’invention.
Le système 1 comporte un module d’émission 2 agencé pour émettre un faisceau lumineux F1 et un module de réception 3 destiné à recevoir un faisceau lumineux F2.
Dans l’exemple décrit, le module d’émission 2 et le module de réception 3 sont agencés dans un même projecteur avant du véhicule automobile. On pourra prévoir que les modules 2 et 3 soient agencés en différents endroits du véhicule automobile, sans sortir du cadre de la présente invention.
Le module d’émission 2 comporte un module lumineux 21 et une unité de modulation 22.
Le module lumineux 2 est agencé pour que le faisceau lumineux F1, qu’il émet, présente un spectre électromagnétique S dont au moins une portion est située dans le spectre visible. Comme représenté en , le spectre S présente un premier pic d’intensité P1, ou raie, dans le bleu, par exemple à 450 nm. On notera qu’il est possible que le spectre S présente d’autres pics d’intensité, et notamment des pics d’intensité dans l’infrarouge.
Afin d’émettre ce faisceau lumineux F1, le module lumineux 21 comporte une source lumineuse 23 apte à émettre des rayons lumineux et une unité optique 24 agencée pour projeter ces rayons lumineux pour former le faisceau lumineux F1. Dans l’invention, l’unité optique 24 pourra indifféremment comporter un ou plusieurs réflecteurs, une ou plusieurs lentilles, un ou plusieurs diaphragmes ou un ou plusieurs collimateurs ou encore une combinaison de plusieurs de ces éléments optiques.
La source lumineuse 23 comporte par exemple un générateur à semi-conducteur (non représenté), par exemple un nitrure de gallium ou encore GaN, apte à émettre, par électroluminescence et en réponse à un courant électrique le traversant, des rayons de lumière bleue avec un pic d’émission à 450 nm. La source lumineuse comporte également un élément photoluminescent, sous la forme d’une résine comportant un grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au cérium, ou CE:YAG, apte à absorber de la lumière bleue et, par photoluminescence et en réponse à l’excitation réalisée par cette lumière, à émettre des rayons de lumière jaune, avec un pic à 550 nm.
L’élément photoluminescent est disposé sur le générateur de sorte qu’une partie des rayons de lumière bleue excite cet élément pour qu’il émette, par photoluminescence des rayons de lumière jaune. L’autre partie des rayons de lumière bleue traverse cet élément. Ainsi, la source lumineuse 23 émet simultanément, lorsqu’elle est alimentée électriquement, des rayons de lumière bleue et jaune, la lumière ainsi formée apparaissant blanche pour l’œil humain.
Dans la mesure où le faisceau lumineux F1 est composé, partiellement ou totalement, de lumière blanche, il est possible d’employer ce faisceau lumineux F1 pour participer, partiellement ou totalement, à la réalisation d’une fonction photométrique, notamment réglementaire, prédéterminée. Dans ce cas, l’unité optique 24 est agencée pour mettre en forme ce faisceau lumineux F1 de sorte que sa distribution photométrique satisfasse les exigences de ladite fonction. On pourra par exemple prévoir que le faisceau lumineux F1 participe à la réalisation d’une fonction de type feu diurne, ou DRL.
En plus de cette fonction photométrique, le faisceau lumineux F1 permet au système 1 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 »).
Le faisceau lumineux F1 ainsi émis est composé d’un train d’impulsions lumineuses se succédant avec une fréquence suffisamment élevée, par exemple supérieure à de 30 MHz, notamment comprise entre 70 MHz et 100 MHz, pour que l’œil humain ne les distingue plus. Par ailleurs, l’amplitude, la largeur et/ou la position de chaque impulsion au regard de la période permet au faisceau lumineux F1 de transporter la séquence de données vers le module de réception 3.
Le module de réception 3 comporte une unité optique 31, en aval de laquelle sont prévus une pluralité de modules d’acquisition élémentaires 32. Le module de réception 3 comporte par ailleurs une unité de démodulation 33.
Chacun des modules d’acquisition élémentaires 32 comporte un photodétecteur 32a. Le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 est ainsi concentré par l’unité optique 31 sur l’un ou plusieurs des photodétecteurs 32a.
Le faisceau lumineux F2 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.
Les photodétecteurs 32a sont identiques et sont chacun formés par une photodiode à avalanche d’un photomultiplicateur sur silicium. Ces photodiodes sont réparties de façon matricielle. On notera que les dimensions des photodétecteurs 32a sont de l’ordre du micromètre. L’ensemble forme ainsi un capteur dont la résolution spatiale de réception est de l’ordre de 0,1°, et dont les capacités de détection, du fait de l’utilisation de photodiodes à avalanche, sont particulièrement importantes, même en cas de conditions d’acquisition dégradées.
Chacun des photodétecteurs convertit la portion du faisceau lumineux F2 qu’il reçoit, en un signal électrique qu’il transmet à l’unité de démodulation 33, laquelle peut alors en extraire une séquence de données.
Dans le cas où le système 1 met en œuvre une fonction de communication, cette séquence de données peut alors être transmise à un calculateur du véhicule pour y être interprétée, décodée et/ou transmise à un équipement ou à un utilisateur du véhicule.
Dans le cas où le système 1 met en œuvre une fonction de détection et d’évaluation de la position d’un objet ou d’un obstacle, cette séquence de données peut être transmise à une unité de calcul 4 du système 1. Cette unité de calcul 4 peut ainsi y détecter la présence d’une séquence de données prédéterminée avec laquelle l’unité de modulation 22 à moduler le faisceau lumineux F1 émis par le module lumineux 21. Dans ce cas, l’unité de calcul peut déterminer un temps de vol séparant l’émission du faisceau lumineux F1 de la réception du faisceau lumineux F2.
En lien avec la et avec la , on va maintenant décrire un mode de réalisation de l’unité optique 31.
Comme représenté en , l’unité optique 31 comporte une pluralité de lentilles dont trois lentilles 51 réalisée dans un matériau transparent ou translucide ainsi qu’une lentille 52 réalisée dans un matériau absorbant pour former un premier filtre optique I1 de type passe-bande apte à transmettre une première plage de longueurs d’onde BP1.
On notera que le nombre de lentilles, le profil des lentilles et les positions respectives des lentilles illustrés en constituent un exemple non limitatif de l’invention et qu’on pourra faire varier ce nombre, ces profils et ces positions sans sortir du cadre de la présente invention.
Dans l’exemple décrit, cet ensemble de lentilles 51 et 52 présente un plan focal passant par les photodétecteurs 32a des modules d’acquisition élémentaires 32.
Le matériau absorbant de la lentille 52 est un verre teinté qui a été sélectionné de sorte que le premier filtre optique I1 présente un coefficient de transmission d’au moins 80% dans la première plage de longueurs d’onde BP1 et un coefficient de transmission inférieur à 80% en dehors de cette première plage BP1.
La montre le spectre de transmission de ce premier filtre optique I1 formé par la lentille 52 (représenté en pointillés). On constate ainsi que la bande-passante BP1 du premier filtre I1, pour laquelle le coefficient de transmission est supérieur ou égal à 80%, est une plage 420 nm à 490 nm avec un pic de transmission à 450 nm. En dehors de cette plage, le coefficient de transmission est inférieur à 80%, voire inférieur à 50%.
L’unité optique 31 comporte également un élément optique 53 agencé pour former un deuxième filtre optique I2 apte à transmettre une deuxième plage de longueurs d’onde BP2 au moins partiellement comprise dans la première plage BP1 et sensiblement plus étroite que la première plage BP1.
Dans l’exemple représenté, l’élément optique 53 est un filtre interférentiel comportant un empilement de couches minces présentant chacune et de façon alternée un indice de réfraction haut ou un indice de réfraction bas. Les couches d’indice de réfraction haut sont réalisés en dioxyde de titane (TiO2) et les couches minces d’indice de réfraction bas sont réalisées en dioxyde de silicium (SiO2).
La lentille 52 est une lentille plan-convexe et l’élément optique 53 est un revêtement formé sur la face plane de cette lentille orientée vers les photodétecteurs 32a.
Le nombre de couches et l’épaisseur des couches ont été déterminées de sorte que le deuxième filtre optique I2 présente un coefficient de transmission d’au moins 80% dans la deuxième plage BP2.
La montre également le spectre de transmission de ce deuxième filtre optique I2 formé par l’élément optique 53 (représenté en pointillés mixtes). On constate ainsi que la bande-passante BP2 du deuxième filtre I2, pour laquelle le coefficient de transmission est supérieur ou égal à 80%, est une plage 430 nm à 460 nm avec un pic de transmission à 445 nm. On notera que le deuxième filtre optique I2 présente d’autres bandes-passantes en dehors de la première plage BP1, sans que cela impacte les performances du système, comme cela sera décrit ensuite. Dans l’exemple non limitatif de la , l’élément optique 53 est formé de 11 couches superposées.
L’ensemble des filtres I1 et I2 forme ainsi un filtre I dont le spectre de transmission a été superposé aux autres spectres de transmission des filtres I1 et I2 en . On constate ainsi que le spectre du filtre I présente ainsi seulement une seule plage de longueurs d’onde, correspondant à la plage BP2, pour laquelle le coefficient de transmission est supérieur à 80%.
Lorsque les conditions d’ensoleillement au voisinage du véhicule sont particulièrement importantes, la lumière du soleil vient ainsi s’ajouter au faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3. L’éclairement du soleil, dans le spectre visible, est sensiblement supérieur à celui d’une fonction photométrique comme un feu diurne. Dès lors, le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 se compose d’une part du faisceau lumineux F1 émis par le module d’émission 2, ou par un autre module d’émission semblable, et de la lumière solaire. Les niveaux d’intensité de ce faisceau F2 dépassent largement ceux du faisceau F1 pour les plages de longueur d’onde du domaine visible.
Toutefois, la combinaison des filtres I1 et I2 permet de minimiser l’influence du soleil sur le faisceau F2, en éliminant toutes les longueurs d’ondes du faisceau F2 à l’exception de celles de la deuxième plage BP2. De la sorte, on évite ainsi une saturation des photodétecteurs 32a qui recevront ce faisceau F2, sans toutefois que le filtre I soit particulièrement complexe ou onéreux.
On notera par ailleurs que le filtre I permet de conserveur seulement la composante bleue du faisceau F2, c’est-à-dire la composante correspondant aux rayons de lumière émis en premier par la source lumineuse 23, les rayons de lumière jaune étant émis avec un temps de réponse plus important compte tenu du délai introduit par la photoluminescence. Dès lors, dans la mesure où la détection est réalisée uniquement à partir de la lumière bleue reçue par le module de réception 3, on vient ainsi améliorer la résolution d’évaluation du temps de vol du faisceau lumineux F2 et/ou le débit de transmission de données entre un module d’émission et le module de réception 3.
La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, à savoir fournir un système d’un véhicule automobile capable de réaliser des fonctions de communication ou de détection à partir de lumière visible et dont le rapport signal à bruit soit optimal quelles que soient les conditions météorologiques, y compris en cas d’ensoleillement important, et dont la complexité de réalisation et le coût soit raisonnable. Ces objectifs sont notamment atteints à l’aide d’un module de réception équipé de deux filtres, dont un premier filtre réalisé à l’aide d’une lentille fabriquée dans un matériau absorbant et qui permet d’éliminer une partie conséquente du spectre de ce faisceau, et un deuxième filtre interférentiel qui vient sélectionnant une bande étroite dans la bande-passante du premier filtre.
En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. En particulier, on pourra prévoir d’employer d’autres types de source lumineuse que celui décrit, comme une diode laser, une VCSEL ou une SLED. On pourra encore prévoir de réaliser d’autres fonctions photométriques que celle décrite, et notamment des fonctions d’éclairage de type croisement ou des fonctions de signalisation de type feu de position. On pourra encore prévoir d’autres configurations de l’élément optique formant le deuxième filtre optique, comme une lame plane. On pourra également prévoir d’autres matériaux pour réaliser la lentille ou l’élément optique permettant d’obtenir les mêmes plages de longueurs d’onde ou d’autres plages de longueurs d’onde, ou encore d’agencer le premier filtre en amont du deuxième filtre.

Claims (13)

  1. Système (1) d’un véhicule automobile, comportant un module de réception (3) apte à recevoir un faisceau lumineux (F2), dans lequel le module de réception comporte un module d’acquisition élémentaire (32) comprenant un photodétecteur (32a) apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique, caractérisé en ce que le module de réception comporte une unité optique (31) agencée devant le module d’acquisition élémentaire, l’unité optique comportant une lentille (52) réalisée dans un matériau absorbant pour former un premier filtre optique (I1) de type passe-bande apte à transmettre une première plage de longueurs d’onde (BP1) et un élément optique (53) agencé pour former un deuxième filtre optique (I2) de type interférentiel apte à transmettre une deuxième plage de longueurs d’onde (BP2) au moins partiellement comprise dans la première plage et sensiblement plus étroite que la première plage.
  2. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel le matériau absorbant de la lentille (52) est sélectionné de sorte que la première plage (BP1) soit centrée sur une longueur d’onde du spectre visible.
  3. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’élément optique (53) est agencé de sorte que la largeur de la deuxième plage (BP2) soit inférieure à 30 nm.
  4. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’élément optique (53) comporte un empilement de couches minces présentant chacune et de façon alternée un indice de réfraction haut ou un indice de réfraction bas.
  5. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la lentille (52) est une lentille plan-convexe et l’élément optique (53) est un revêtement formé sur la face plane de la lentille.
  6. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément optique (53) est une lame plane interposée entre la lentille (52) et le module d’acquisition élémentaire (32).
  7. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’unité optique (31) comporte une pluralité de lentilles (51, 52) comportant ladite lentille (52) formant le premier filtre optique (I1) et au moins une autre lentille (51) réalisée dans un matériau transparent.
  8. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de réception (3) comporte une unité de démodulation (33) reliée au photodétecteur (32a) et agencée pour extraire une séquence de données depuis un signal électrique converti par ce photodétecteur.
  9. Système (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte un module d’émission (2) comportant un module lumineux (21) apte à émettre un faisceau lumineux (F1) dont le spectre présente au moins une portion dans la deuxième plage de longueur d’onde (BP2) 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.
  10. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’unité de modulation (22) est agencée pour générer un signal de contrôle modulé en largeur d’impulsion, pour moduler ledit signal de contrôle à partir de la séquence de données reçue et pour contrôler l’émission dudit faisceau lumineux (F1) par le module lumineux (21) à partir du signal de contrôle modulé.
  11. Système (1) selon l’une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de calcul (4) agencée pour détecter, dans une séquence de données extraite par l’unité de démodulation (33) depuis un signal électrique converti par un photodétecteur (32a) à partir d’un faisceau lumineux (F2) reçu par le module de réception (3), la présence d’une séquence de données modulant le faisceau lumineux (F1) émis par le module d’émission (2) et pour déterminer un temps de vol séparant l’émission dudit faisceau lumineux émis de la réception dudit faisceau lumineux reçu.
  12. Système (1) selon l’une des revendications 9 à 11, 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
  13. Système lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en que le module de réception (3) est agencé dans un projecteur avant du véhicule automobile.
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