FR2959468A1 - Dispositif de capteur pour un vehicule - Google Patents

Abstract

Dispositif de capteur (100) pour saisir le mouillage d'une vitre, un photodétecteur avec un grand nombre d'éléments photosensibles, une source lumineuse (135) pour émettre la lumière vers la vitre de façon qu'une partie de la lumière soit réfléchie par la vitre et que l'autre partie de la lumière traverse la vitre. La source lumineuse (135) et le photodétecteur sont installés de façon qu'une partie de la lumière de la source lumineuse (135) traverse la vitre et soit réfléchie par le mouillage pour tomber sur une partie des éléments photosensibles. La source lumineuse (135) comporte un corps lumineux (220) rayonnant la lumière dans un corps transparent (310). Le corps transparent (310) a une surface (320) avec des irrégularités définies (350) pour diffuser la lumière incidente.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de capteur pour saisir le mouillage d'une vitre, comprenant : - un photodétecteur avec un grand nombre d'éléments photosensibles, - une source lumineuse pour émettre la lumière vers la vitre de façon qu'une partie de la lumière soit réfléchie par la vitre et que l'autre partie de la lumière traverse la vitre, - la source lumineuse et le photodétecteur étant installés de façon qu'une partie de la lumière de la source lumineuse traverse la vitre et soit réfléchie par le mouillage pour tomber sur une partie des éléments photosensibles. Etat de la technique Pour dégager les obstacles qui encombrent une vitre (pare-brise, lunette arrière) d'un véhicule automobile on connaît différents dispositifs qui commandent le passage de l'essuie-glace sur la vitre lorsqu'elle est chargée d'obstacles à nettoyer. De tels systèmes d'actionnement automatique d'essuie-glace sont notamment avantageux si par exemple des précipitations variables mouillent de façon variable la vitre avec des gouttes d'eau.

Selon une variante d'un système pour déterminer le mouillage on injecte la lumière d'une source lumineuse dans la vitre de façon que la lumière soit réfléchie entre la surface intérieure et la surface extérieure de la vitre par réflexion totale. Si la vitre est mouillée par exemple par une goutte d'eau, la goutte perturbe la réflexion totale de sorte qu'une partie de la lumière sortira de la vitre. Un photocapteur enregistrant à un autre endroit de la vitre, la lumière provenant de la réflexion totale de la lumière de la source lumineuse pourra détecter une telle perte de lumière et fournir ainsi un signal dépendant du degré de mouillage de la vitre.

Le document US 7.259.367 B2 décrit un dispositif permettant de déterminer les gouttes d'eau sur la vitre en s'appuyant sur la comparaison entre les données fournies par une caméra détectant la vitre avec et sans éclairage par une source lumineuse commandée.

2 Le document DE 10 2004 015 040 Al décrit un dispositif de capteur fondé sur le principe de la réflexion totale, avec une caméra. Les données d'image de la caméra sont fournies à un système d'assistance de conduite et une partie de la surface de capteurs d'image de la caméra est réservée pour déterminer les gouttes de pluie arrivées sur la vitre. Un dispositif de capteur reposant sur le concept consistant à éclairer le côté intérieur de la vitre pour qu'une partie aussi réduite que possible de la lumière ne soit réfléchie à la surface de la vitre et que réciproquement une partie aussi importante du faisceau lumineux traverse la vitre pour être réfléchie par une goutte d'eau et revienne sur un photodétecteur nécessite le respect de conditions très strictes relatives à la source lumineuse utilisée. La lumière émise pour éclairer la vitre doit être aussi homogène que possible pour que la qualité de la saisie ne dépende pas de l'emplacement de la goutte d'eau. Enfin l'ensemble du dispositif de capteur doit être réalisable d'une manière aussi économique que possible et son montage doit rester simple. De plus la source lumineuse doit avoir un rendement aussi élevé que possible pour qu'une grande partie de l'énergie fournie à la source lumineuse soit transformée en lumière et que la lumière générée arrive sur la surface sensible prédéfinie de la vitre. Il est avantageux que la lumière arrivant sur la vitre présente une intensité élevée. But de l'invention La présente invention a ainsi pour but de développer un dispositif de capteur répondant à de telles exigences développées ci- dessus. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention se rapporte à un dispositif de capteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que * la source lumineuse comporte un corps lumineux rayonnant la lumière dans un corps transparent, ayant une surface avec des irrégularités définies pour diffuser la lumière incidente. En d'autres termes l'invention a pour objet un dispositif de capteur pour saisir le mouillage d'une vitre dite de visibilité telle qu'un pare-brise ou une lunette arrière pour émettre la lumière vers

3 une plage de détection de la vitre de façon qu'une partie de la lumière soit réfléchie par la vitre et qu'une autre partie de la lumière traverse la vitre. La partie de lumière réfléchie par la vitre doit être aussi faible que possible et la partie traversant la vitre doit être aussi grande que possible. La source lumineuse et l'élément photosensible sont installés pour qu'une partie de la lumière de la source lumineuse traverse la vitre, soit réfléchie par le mouillage et tombe sur une partie des éléments photosensibles. La source lumineuse comporte un ou plusieurs organes lumineux conçus pour émettre dans un corps transparent qui a des irrégularités définies sur sa surface pour émettre de manière diffuse la lumière incidente. A l'aide du grand nombre d'éléments photosensibles, le photodétecteur permet de recevoir les informations reçues pour avoir une image graphique du mouillage et traiter celle-ci.

Cela permet de réaliser de manière simple et économique une source lumineuse générant de la lumière diffuse qui permet un éclairage approprié de la plage de détection de la vitre. Le corps lumineux peut rayonner dans une direction quelconque, de préférence dans une direction perpendiculaire pratiquement à la direction d'émission dans le corps transparent. Cela donne une bonne diffusion de la lumière incidente et en même temps facilite le montage du corps lumineux sur le corps transparent. La source lumineuse peut comporter un autre corps lumineux et ces corps lumineux rayonnent dans des directions différentes dans le corps transparent. Cela permet d'augmenter la densité lumineuse du corps lumineux tout en conservant une bonne homogénéité de la lumière diffuse rayonnée. On aura une facilité de montage du corps lumineux sur le corps transparent. Le corps transparent peut avoir une surface extérieure à réflexion totale pour la lumière injectée dans une direction perpendiculaire à la direction de rayonnement. Ainsi de manière avantageuse le corps transparent du dispositif de capteur assure en même temps la fonction de guide de lumière ce qui facilite le positionnement de la surface de rayonnement par rapport au(x) corps lumineux.

4 Selon un mode de réalisation préférentiel, les irrégularités sont des microlentilles, ce qui permet d'influencer de manière ciblée la direction d'émission de la lumière ; en plus on améliore le rendement lumineux.

Selon une variante de réalisation, les irrégularités sont définies par une rugosité. La rugosité peut par exemple être obtenue à l'aide d'un organe de meulage réalisant dans la surface, des rayures parallèles ou non dirigées. Selon un autre mode de réalisation on obtient la rugosité par le procédé de moulage du guide de lumière en donnant au moule d'injection une caractéristique appropriée. La rugosité permet d'avoir un bon effet de diffusion pour des coûts de fabrication réduits. La surface extérieure du corps transparent peut être revêtue d'une surface réfléchissante. La lumière injectée par le corps lumineux dans le corps transparent et qui n'arrive pas directement à la surface ayant les irrégularités définies, pourra être réfléchie sur la surface extérieure réfléchissante jusqu'à arriver sur la surface irrégulière. Cette caractéristique avantageuse du point de vue du coût permet d'améliorer d'autant l'efficacité du corps lumineux. En variante on peut avoir une réflexion totale sur la surface non revêtue d'un revêtement réfléchissant si les conditions sont celles de la réflexion totale. Le corps transparent peut comporter une cavité recevant le corps lumineux pour que celui-ci soit entouré par le corps transparent. Ainsi on pourra augmenter la partie de la lumière sortant du corps lumineux et servant de source lumineuse. Le guide de lumière peut contenir des particules de diffraction pour répartir la lumière injectée de manière diffuse. On améliore ainsi la directivité de la lumière incidente ou on l'atténue et la lumière émise peut avoir une répartition régulière. Le cas échéant les organes ou éléments diffractants dévient la lumière de la direction d'incidence vers la direction de sortie. Les organes lumineux peuvent comporter une photodiode. De façon avantageuse cela permet d'adapter facilement la source lumineuse à des longueurs d'ondes de lumière prédéfinies et de réaliser l'ensemble de manière économique. Dans le cas de plusieurs photodiodes on définit ainsi un bon rendement du corps transparent en compensant les irrégularités de surface à rendement lumineux irrégulier de plusieurs diodes. La lumière émise par le corps lumineux 5 peut avoir une longueur d'onde dans le domaine invisible à l'oeil humain telle que l'infrarouge dans une plage comprise entre 780 nm notamment 780 nm et 140 nm. Les perturbations optiques perçues par les personnes au niveau du dispositif de capteur seront ainsi évitées ce qui est notamment vrai pour le conducteur du véhicule équipé du dispositif de capteur. Un miroir peut être prévu pour recevoir la lumière émise de manière diffuse et ce miroir est intégré dans le corps transparent. Cela permet de réduire les tolérances de fabrication lors du positionnement du miroir vis-à-vis de la source lumineuse.

Dessins Un dispositif de capteur selon l'invention pour détecter le mouillage d'une vitre ou pare-brise sera décrit ci-après à titre d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de capteur équipant un véhicule automobile, - Les figures 2-5 montrent différents modes de réalisation de source lumineuse du dispositif de capteur de la figure 1. Description détaillée d'exemples de réalisation La figure 1 montre un dispositif de capteur 100 équipant un véhicule automobile 105. Le dispositif de capteur 100 comprend une caméra 110 équipée d'un détecteur d'images numériques 115 à deux dimensions pour détecter une image ainsi qu'une lentille 120. Il peut également s'agir d'un groupe d'éléments optiques remplaçant la lentille 120 pour améliorer les caractéristiques d'imagerie. Le dispositif de capteur 100 comporte un premier miroir 125 et une source lumineuse 135 représentés dans trois positions différentes A, B, C données à titre d'exemple. Le dispositif de capteur 100 est installé au niveau d'une vitre 140 d'un véhicule automobile 105 pour détecter la présence de gouttelettes 145 sur la vitre 140.

6 De manière générale, dans la présente description, l'expression « vitre » désigne une vitre pour la visibilité. Dans le cas d'un véhicule automobile il s'agit par exemple du pare-brise ou de la lunette arrière. La caméra 110 est installée dans le véhicule 105 pour que le champ de vision de la caméra 110 à travers la vitre 140 se trouve à l'extérieur du véhicule 105 ; la vitre 140 est de préférence le pare-brise et la caméra 110 donne une image de l'environnement du véhicule 105. L'image donnée par la caméra 110 peut être appliquée à un système d'assistance de conduite comme par exemple un système d'assistance aux manoeuvres de rangement dans un emplacement de stationnement ou au guidage suivant une trace ; il peut également s'agir d'un autre système du véhicule 105 tel que par exemple une caméra de recul. La profondeur de champ de la caméra 110 est réglée par la lentille 120 sur une plage extérieure au véhicule 105 et qui correspond de préférence à une plage infinie. Pour que la caméra 110 puisse donner une image suffisamment nette malgré les gouttes de pluie 145, on a allongé le chemin des rayons entre les gouttes 145 et la caméra 110 à l'aide des miroirs 125 et 130.

L'image de la goutte 145 sur le capteur 115 de la caméra 110 peut être couverte sur toute sa surface par l'image de l'environnement du véhicule prise par la caméra 110 ou par une partie seulement suivant la disposition géométrique du dispositif de capteur. Pour saisir une petite goutte 145 et pour saisir des gouttes 145 réparties localement et/ou dans le temps sur la vitre 140 il est préférable d'utiliser une plage aussi grande que possible de l'image de la caméra 110 pour saisir la goutte de pluie 145. L'image optique de la goutte de pluie 145 dans une plage du capteur 115 de la caméra 110 peut se faire de deux manières différentes. D'une part la lumière de l'environnement du véhicule 105 peut être de la lumière incidente dans la goutte 145 et être déviée par les miroirs 125 et 130 dans la caméra 110 et sur le capteur d'image 115. Pour permettre de détecter en toute sécurité la goutte 145 dans des conditions d'éclairage difficiles telles que par exemple en

7 l'absence de lumière ou dans le cas d'un rayonnement solaire intense, incident à plat ou encore si les conditions d'éclairage varient rapidement, la goutte 145 peut être par ailleurs éclairée par la source lumineuse 135 à partir du côté intérieur de la vitre 140. Cette lumière est en quelque sorte incidente dans la goutte 145 et réfléchie par l'interface ou surface limite de la goutte 145 et arrive comme décrit ci-dessus par les miroirs 125 et 130 dans la caméra 110. La surface limite réfléchissante (dioptre) peut se situer entre la goutte 145 et la vitre 140 ou entre la goutte 145 et l'air ambiant.

La source lumineuse 135 est installée avantageusement de façon que la lumière qu'elle émet ne tombe pas directement sur la caméra 110. Le cas échéant, pour interdire un rayonnement direct de la source lumineuse 135 dans la caméra 110 il est prévu un diaphragme ou un écran ou une surface réfléchissante (ces moyens ne sont pas représentés). De manière générale, un rayon lumineux émis par la source lumineuse 135 arrive suivant un angle aigu sur le côté intérieur de la vitre 140 et subit ainsi une réflexion partielle (réflexion dite de Fresnel). Une partie du rayon lumineux est réfléchie par la surface de la vitre 140 et l'autre partie du rayon lumineux traverse la vitre 140. Le rapport entre la partie du rayon lumineux réfléchi et celle transmise dépend de l'angle d'incidence ainsi que de l'indice optique de l'air et de celui de la vitre 140. Pour rendre au maximum la partie du rayon lumineux arrivant dans la vitre 140 il est avantageux de manière générale de minimiser l'angle d'incidence a du rayon lumineux émis par la source lumineuse 135 et arrivant sur la vitre 140. L'angle d'incidence est défini suivant la pratique habituelle, par rapport à la perpendiculaire à la surface du dioptre. La position C de la source lumineuse 135 répond à cette condition.

D'autre part, un angle d'incidence important a fait que la lumière arrivant de la source lumineuse 135 dans la goutte 145 sera réfléchie d'une manière plus importante au niveau du dioptre de sorte que finalement une quantité de lumière plus importante provenant de la goutte de pluie 145 arrivera dans la caméra 110 ce qui permet une saisie plus fiable. Cela résulte de la source lumineuse 135 installée

8 dans la position B. D'autre part, la source lumineuse 135 installée dans la position B crée de l'ombre au niveau de l'image vis-à-vis de l'environnement du véhicule 105 vers la caméra 110. Un bon compromis est la source lumineuse 135 installée dans la position A.

La figure 2 montre la source lumineuse 135 du dispositif de capteur 100 de la figure 1. Dans cette figure, la partie correspondant à la figure 2a est une vue de dessus et la partie correspondant à la figure 2b est une vue de côté. Une platine 210 porte plusieurs photodiodes 220 installées sur une rangée. Les photodiodes 220 peuvent être des composants classiques ou des composants montés en surface (composants SMD) et ces composants fonctionnent de préférence dans le spectre de lumière non visible par exemple dans l'infrarouge pour éviter d'irriter optiquement une personne à l'intérieur ou à l'extérieur du véhicule 105. Les photodiodes 220 sont reliées les unes aux autres et se commandent à l'aide des branchements 230. Du fait des tolérances de fabrication, les puissances lumineuses et/ou l'angle d'incidence des photodiodes 220 peuvent varier ce qui permet, sans nécessiter d'autres moyens, d'avoir un éclairage régulier dans le dispositif de capteur 100 de la figure 1. La qualité de la saisie de la goutte de pluie 145 sur la vitre 140 peut ainsi dépendre de la position de la goutte 145 sur la vitre 140. Une commande individuelle des photodiodes 220 ou un calibrage des photodiodes 220 est une solution compliquée et coûteuse. Pour garantir un flux lumineux homogène, l'organe transparent 210 comporte ainsi des cavités 240 dans sa surface au niveau de la sortie de lumière. Les cavités peuvent avoir une forme conique comme cela est représenté et se trouver au-dessus des photodiodes 220. Au niveau des surfaces limites des cavités 240 on aura une réflexion de la lumière émise par les photodiodes 220 dans les directions latérales. En plus ou en variante, la surface du corps transparent 210 peut être rugueuse pour diffracter la lumière. Les surfaces des cavités 240 peuvent également être rugueuses. Selon un autre mode de réalisation les surfaces peuvent également être rendues réfléchissantes comme des miroirs. En outre des particules de diffraction 360 peuvent être intégrées dans le corps

9 transparent 210 comme cela sera détaillé ultérieurement en référence à la figure 3. La figure 3 montre une source lumineuse 135 perfectionnée pour le dispositif de capteur 100 de la figure 1 représentée en vue de côté. Les photodiodes 220 rayonnent dans un corps transparent 310, latéralement à partir de la droite et de la gauche. Des branchements 230 pour les photodiodes 220 sortent à droite et à gauche mais ces branchements peuvent également être reliés de manière à relier les photodiodes 220. Le corps transparent 310 est par exemple une matière thermoplastique telle qu'un verre acrylique ou du polycarbonate tel que du MaKrolon (marque déposée). Le corps transparent 310 a une surface supérieure 320 rugueuse avec des irrégularités 350. Dans la représentation de la figure 3, la source lumineuse 135 rayonne vers le haut. La surface supérieure 320 s'étend perpendiculairement à la direction de rayonnement de la source lumineuse 135 dans la direction horizontale. Les photodiodes 220 sont logées dans des cavités correspondantes 340 du corps transparent 310. La lumière émise par les photodiodes 220 dans le corps transparent 310 est réfléchie totalement ou partiellement par la surface du corps transparent 310 dans la mesure où l'angle d'incidence est suffisamment grand. La rugosité de la surface 320 fait que la probabilité est relativement grande que l'angle d'incidence dans cette zone soit suffisamment petit pour permettre à la lumière de sortir de sorte que la lumière diffuse sort par le haut de la surface supérieure 320. La rugosité de la surface 320 assure une bonne répartition que la lumière sortant, de façon à créer un flux lumineux suffisamment homogène. Les irrégularités 350 de la surface 320 peuvent être par exemple des microlentilles, des microprismes ou autres éléments de surface répartis régulièrement. Selon un autre mode de réalisation, on obtient une rugosité souhaitable, de manière économique en réalisant des rainures parallèles ou non directionnelles par exemple à l'aide d'un organe de rainurage ou de meulage dans le corps transparent 310. La rugosité

10 peut également se réaliser par la rugosité du moule d'injection dans lequel on fabrique le corps transparent 310. Pour que les réflexions sur d'autres surfaces du corps transparent 310 présentent aussi peu de pertes que possible pour que la lumière injectée par les photodiodes 220 dans le corps transparent 310 ne sorte pas ailleurs que par la surface rugueuse 320, on peut rendre ces autres surfaces réfléchissantes (miroir) comme par exemple la surface 330 rendue réfléchissante. La surface 330 rendue réfléchissante évite que la lumière ne sorte en direction de l'observateur selon la figure 3. En outre on a prévu en option des organes de diffraction 360 qui répartissent de manière diffuse la lumière injectée par les photodiodes 220. Les particules de diffraction 360 ont des surfaces réfléchissantes ou ont un autre indice de réfraction que le corps transparent 310 si bien qu'elles constituent une sorte d'hologramme en volume. La figure 4 montre un autre mode de réalisation de la source lumineuse 135 du dispositif de capteur 100 de la figure 1 représenté en vue de côté. Le corps transparent 310 enjambe les deux photodiodes 220 à la manière d'un pont ou en forme de U, les photodiodes étant installées sur la platine 210. Les photodiodes 220 rayonnent principalement vers le haut dans le corps transparent 210 et la lumière émise est réfléchie suivant un degré élevé sur les surfaces inclinées 410 dans la direction horizontale. La zone supérieure de la source lumineuse 135 telle que représentée correspond à ce qui apparaît à la figure 3 en ce que la lumière déviée par les surfaces inclinées 410 se développe horizontalement dans le corps transparent 310 et rayonne de manière diffuse vers le haut à travers la surface rugueuse 320.

Les surfaces inclinées 410 peuvent être revêtues d'une surface réfléchissante comme les surfaces 330 de la figure 3. La réalisation du corps transparent 310 en forme de pont permet d'avoir sur la platine 210, dans l'espace sous le corps transparent 310, d'autres composants tels que par exemple ceux servant la commande des photodiodes 220. En outre on facilite le montage du corps

11 transparent 310 en l'installant sur la platine 210 déjà garnie des photodiodes 220. La figure 5 montre le détail de la source lumineuse 135 de la figure 4 suivant une variante de réalisation par une vue de côté.

Contrairement au mode de réalisation représenté à la figure 4, la photodiode 220 rayonne dans la direction horizontale dans le corps transparent 310 ; la plus grande partie du faisceau lumineux est dévié par l'autre surface inclinée 510 vers le haut en direction de la surface inclinée 410. La suite du cheminement des rayons se fait comme cela a io été décrit ci-dessus en référence à la figure 4.

15 NOMENCLATURE 100 dispositif de capteur 105 véhicule 110 caméra 115 capteurs d'images numériques 120 lentille 125 premier miroir 130 miroir 135 source lumineuse 140 vitre/pare-brise 145 goutte de pluie 210 platine 220 photodiode 230 branchement des photodiodes 240 cavité 310 corps transparent 320 surface rugueuse du corps transparent 330 surface réfléchissante 340 cavité 350 irrégularité 360 corps diffractant/particule de diffraction 410 surface inclinée 510 surface inclinée 30

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 °) Dispositif de capteur (100) pour saisir le mouillage (145) d'une vitre (140), comprenant : - un photodétecteur (115) avec un grand nombre d'éléments photosensibles, - une source lumineuse (135) pour émettre la lumière vers la vitre (140) de façon qu'une partie de la lumière soit réfléchie par la vitre (140) et que l'autre partie de la lumière traverse la vitre (140), - la source lumineuse (135) et le photodétecteur (115) étant installés de façon qu'une partie de la lumière de la source lumineuse (135) traverse la vitre (140) et soit réfléchie par le mouillage (145) pour tomber sur une partie des éléments photosensibles, dispositif caractérisé en ce que - la source lumineuse (135) comporte un corps lumineux (220) rayonnant la lumière dans un corps transparent (310), * le corps transparent (310) ayant une surface (320) avec des irrégularités définies (350) pour diffuser la lumière incidente. 2°) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps lumineux (220) est injecté en direction du corps transparent (310) suivant une direction pratiquement perpendiculaire à la direction de rayonnement de la source lumineuse (135). 3°) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse (135) comporte un autre corps lumineux (220) et les corps lumineux (220) injectent de la lumière dans des directions différentes dans le corps transparent (310). 4°) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps transparent (310) a une surface extérieure (410) pour assurer la réflexion totale de la lumière incidente dans une direction perpendiculaire à la direction d'émission. 5 10 2014 5°) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les irrégularités (350) sont des microlentilles, ou les irrégularités (350) sont réalisées par une rugosité. 6°) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure (330) du corps transparent est munie d'un revêtement réfléchissant. 7°) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé par des particules de diffraction (360) dans le corps transparent (310) pour répartir de manière diffuse la lumière incidente. 15 8°) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps transparent (310) a une cavité (340) pour recevoir le corps lumineux (220) pour être enveloppé par le corps transparent (310). 9°) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps lumineux (220) comporte une photodiode. 25 10°) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lumière émise par le corps lumineux (220) a une longueur d'onde non visible pour l'oeil humain. 30 11 °) Dispositif de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé par un miroir (125) intégré dans le corps transparent (310) reçoit la lumière diffuse émise. 35