FR3084136A1 - Dispositif lumineux matriciel avec estimation de temps de vol - Google Patents

Dispositif lumineux matriciel avec estimation de temps de vol Download PDF

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Abstract

L'invention propose un dispositif lumineux pour un véhicule automobile comprenant une source lumineuse matricielle qui réalise une fonction lumineuse au sein du véhicule automobile. La même source est utilisée, ensemble avec une photodiode, pour estimer le temps de vol d'impulsions lumineuses captées, initialement générées par la source matricielle. Il devient possible de détecter des objets et/ou des gestes en utilisant la lumière du spectre visible, et sans ayant recours à des sources d'impulsions spécifiques dédiées à cet effet.

Description

DISPOSITIF LUMINEUX MATRICIEL AVEC ESTIMATION DE TEMPS DE VOL
L’invention se rapporte aux sources lumineuses matricielles à éléments semi-conducteurs électroluminescents, notamment pour véhicules automobiles. L’invention concerne en particulier une telle source capable de détecter la présence d’un objet.
Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. L’intensité lumineuse émise par une LED est en général dépendante de l’intensité du courant électrique qui la traverse. Entre autres, une LED est caractérisée par une valeur seuil d’intensité de courant. La valeur seuil de l’intensité de ce courant direct (« forward current ») est en général décroissante à température croissante. De même, lorsqu’une LED émet de la lumière, on observe à ses bornes une chute de tension égale à sa tension directe (« forward voltage »). La valeur de la tension directe dépend principalement de la longueur d’onde de la lumière émise, qui définit l’énergie du photon émis en eV. De manière générale on peut estimer λ= 1240 / E avec lambda en nanomètres et E en électronvolts. Par conséquent la tension directe d’une LED émettant une lumière bleue de 460nm est d’au moins 2.7V, ou 1,9V pour une lumière rouge de 650nm. En d’autres mots, si la tension de la source est proche de la tension E =1240 / λ, ceci signifie qu’aucune source de régulation ne rajoute une chute de tension supplémentaire, et que le rendement de l’ensemble est identique à une LED seule, sans aucun autre système de pilotage.
Dans le domaine automobile, on a de plus en plus recours à la technologie LED pour diverses solutions de signalisation lumineuse. Les LEDs sont utilisées afin d’assurer des fonctions lumineuses telles que les feux diurnes, les feux de signalisation etc... L’utilité de matrices de LEDs comprenant un nombre important de sources lumineuses électroluminescentes élémentaires est intéressante dans de nombreux domaines d’application, et notamment aussi dans le domaine d’éclairage et de la signalisation des véhicules automobiles. Une matrice de LEDs peut par exemple être utilisée pour créer des formes de faisceaux lumineux intéressantes pour des fonctions lumineuses telles que les feux de route ou les feux diurnes. En plus, plusieurs fonctions lumineuses différentes peuvent être réalisées à l’aide d’une matrice unique, réduisant ainsi l’encombrement physique dans l’espace restreint d’un feu de véhicule automobile.
Par ailleurs, des systèmes avancés d’assistance à la conduite sont, à la date d’écriture de ce brevet, en train d’être développés. De tels systèmes ont besoin de capacités de détection d’objets et de gestes. D’une part, ils peuvent assister aux fonctions de conduite, de conduite semi- ou totalement autonome et à la sécurité routière. Ces aspects comprendront de manière non-limitative la capacité d’éviter des accidents en avertissant le conducteur d’éventuels obstacles, ou en prenant le contrôle du véhicule pour éviter des collisions. D’autre part, les systèmes de détection de gestes peuvent faciliter rinteraction homme-machine à l’intérieur de l’habitacle d’un véhicule automobile. Afin de réaliser ces fonctions, il a été proposé d’utiliser plusieurs capteurs implémentant par exemple un LiDAR (« Light Detection and Ranging »), des RADARs, ou d’utiliser des caméras reliées à du traitement d’images.
Le LiDAR réside sur le principe de l’estimation du temps de vol d’une impulsion lumineuse. On effectue une mesure du temps que l’impulsion lumineuse met pour couvrir son trajet, qui se compose de deux parties. La première partie du trajet correspond à la distance entre la source lumineuse jusqu’à un objet ou l’impulsion et réfléchie. La deuxième partie du trajet correspond au chemin de retour, depuis l’objet en question jusqu’à un capteur. Si la source lumineuse et le capteur sont sensiblement arrangés au même endroit, la distance D entre la source/le capteur et l’objet en question est estimée moyennant l’équation D=c«2t. t étant le temps pris par l’impulsion pour réaliser son trajet, et c représentant la célérité de la lumière, i.e., 3·108 m/s. Pour pouvoir mesurer une distance de 3m, il est nécessaire de pouvoir mesurer avec une certaine précision un temps de vol de 20 ns. De même, pour pouvoir mesurer une distance de 30m, une mesure de 200ns est requise. Les diodes électroluminescentes connues émettant de la lumière blanche et alimentées en courant électrique par des moyens de pilotage connus, présentent typiquement à l’allumage un temps de montée d’impulsion de l’ordre de 1 ps à 1ms. Clairement, ces LEDs ne présentent pas les caractéristiques pour être utilisées dans un système LiDAR tel qu’il vient d’être décrit. Pour cette raison des diodes LASER rouge ou infra-rouge dédiées sont typiquement utilisées dans des LiDAR.
Ces sources de puises lumineux rapides (diodes laser) dédiées à la fonction LiDAR ajoutent cependant un coût de production important aux véhicules automobiles en question, et elles ne sont utilisables pour aucune autre fonction d’éclairage nécessaire dans un véhicule automobile, alors qu’elles occupent de l’espace supplémentaire dans le volume déjà restreint qui est disponible pour installer un feu de véhicule.
En outre, les rayons rouge et infra rouge ne permettent pas de détecter des obstacles pendant des conditions métrologiques de fortes pluies, la lumière rouge / infra rouge ne pouvant pas pénétrer dans l’eau.
L’invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un dispositif lumineux pouvant utiliser une source lumineuse utilisée au sein d’un véhicule automobile pour réaliser une fonction lumineuse, pour également implémenter un système de détection d’objets selon le principe de l’estimation du temps de vol d’impulsions lumineuses.
Selon un premier aspect de l’invention, un dispositif lumineux pour un véhicule automobile est proposé. Le dispositif comprend une source lumineuse matricielle ayant une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent, la source lumineuse matricielle étant destinée à réaliser au moins une fonction lumineuse du véhicule automobile. Le dispositif est remarquable en ce que la source lumineuse matricielle est pilotée en tension par un circuit d’alimentation et comprend un substrat dans lequel une pluralité d’éléments interrupteurs sont intégrés, chaque élément interrupteur étant destiné à sélectivement relier au moins une source élémentaire aux moyens d’alimentation. En outre, le dispositif comprend un détecteur apte à détecter un signal lumineux émis par une des sources lumineuses élémentaires et réfléchi sur un objet, et une unité de traitement reliée fonctionnellement aux éléments interrupteurs et destinée à commander l’état de ceux-ci, ainsi qu’à traiter un signal détecté par le détecteur.
La fonction lumineuse réalisée par la source lumineuse matricielle peut de préférence être une fonction de signalisation externe comme les feux diurnes, une fonction d’éclairage comme les feux de route, ou une fonction d’illumination de l’habitacle du véhicule automobile.
De préférence, le détecteur peut comprendre au moins une photodiode. Le détecteur peut préférentiellement comprendre une unique photodiode.
De préférence, l’unité de traitement peut être configurée pour estimer la distance séparant la photodiode dudit objet, en utilisant le signal détecté par ladite photodiode.
L’unité de traitement peut de préférence comprendre une ligne de retardement impliquée dans un circuit discriminateur à fraction constante pour générer une copie retardée d’un signal lumineux détecté, émis par la source matricielle et réfléchi par ledit objet, et une unité de mesure de temps de vol configurée pour calculer, sur base du signal généré par le circuit discriminateur à fraction constante, le temps de vol du signal lumineux émis entre l’objet et la source matricielle.
De préférence, l’élément interrupteur peut être monté en série avec une source lumineuse élémentaire.
L’élément interrupteur peut de préférence comprendre un transistor à effet de champ à grille métaloxyde, MOS, à canal N, dont l’état est commandé moyennant un signal appliqué à sa grille. Le signal peut de préférence parvenir des moyens de traitement.
De préférence, l’épaisseur du substrat peut se situer entre 100 et 800 microns.
Le circuit d’alimentation peut préférentiellement être intégré dans ledit substrat.
De préférence, les résistances série internes de chacune des sources lumineuses élémentaires sont identiques et comprises entre 1 et 100 Ohm. De préférence, elles peuvent être égales à 10 Ohm. La source lumineuse matricielle peut de préférence comprendre un composant monolithique, dans lequel les couches semi-conductrices des sources lumineuses élémentaires sont disposées sur un substrat commun. Alternativement, les sources lumineuses élémentaires peuvent comprendre des sources lumineuses discrètes pour les quelles le substrat commun a été séparé par un procédé de découpe pour être reconstitué dans le même ordre par un procédé de type de « pick & place ».
Les sources élémentaires à élément semi-conducteur luminescent peuvent de préférence comprendre des sources émettant dans le spectre bleu, correspondant à des longueurs d’onde comprises entre 400 et 490 nm. De préférence, les sources lumineuses élémentaires peuvent émettre de la lumière ayant une longueur d’onde substantiellement égale à 450 à 460 nm.
De préférence, lesdits signaux lumineux de la lumière bleue peuvent comprendre des impulsions ayant un temps de montée de l’ordre de 1 à 20 ns.
Selon un autre aspect de l’invention, un procédé pour détecter un objet moyennant un dispositif selon une le premier aspect de l’invention est proposé. Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
alimenter la source lumineuse matricielle en électricité, moyennant une unité de commande, commander les éléments interrupteurs de chaque source lumineuse élémentaire de manière séquentielle, de manière à émettre une séquence de signaux lumineux, chaque signal étant émis de l’emplacement d’une des sources lumineuses élémentaires ;
moyennant le détecteur, détecter séquentiellement le signal lumineux respectivement réfléchi par un objet ;
enregistrer pour chaque signal lumineux émis une donnée dans un élément de mémoire, la donnée indiquant si un objet a été détecté ou non à l’emplacement illuminé par le signal lumineux correspondant.
De préférence, pour chaque signal lumineux émis, le détecteur peut enregistrer une donnée indiquant en plus une estimation de la distance entre l’objet détecté ou non à l’emplacement correspondant, et le détecteur.
En utilisant les mesures proposées, il devient possible d’utiliser une source lumineuse matricielle d’un véhicule automobile, qui est par exemple utilisée pour réaliser une fonction lumineuse interne ou externe du véhicule automobile, dans un système de détection d’objets selon le principe de l’estimation du temps de vol d’impulsions lumineuses émises par au moins une des sources lumineuses élémentaires de la source matricielle. La source lumineuse matricielle utilisée est pilotée en tension. L’intégration d’éléments interrupteurs pour commander les sources élémentaires de la matrice - il s’agit par exemple de transistors de type N-MOS - dans le substrat-même de la source lumineuse matricielle réduit fortement les temps de réaction à l’allumage des sources élémentaires de type diode électroluminescente, LED. Ainsi, des impulsions lumineuses ayant un temps de montée de l’ordre de 2 ns sont réalisables, ce qui rend la source matricielle bien adaptée à un système de détection d’objets selon le principe de l’estimation du temps de vol des impulsions lumineuses émises et réfléchies sur un objet. Des distances entre 0.3 et 300 mètres peuvent ainsi être estimées, ce qui permet de réaliser des fonctions de détection d’objet ou de détection de gestes, par exemple. Seule une photodiode et une logique de décision/détection sont rajoutées à la source matricielle déjà utilisable dans le véhicule automobile, ce qui réduit à la fois l’encombrement et les coûts de production du système proposés par rapport à des solutions de LiDAR connues ayant recours à des sources d’impulsions dédiées à cet effet. En calibrant la logique de détection, il est également possible d’estimer la profondeur de différents points de l’objet détecté par rapport à la source lumineuse. Ceci permet par exemple de détecter des gestes manuels complexes dans l’application du système proposé à une interface homme/machine.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description des exemples et des dessins parmi lesquels :
la figure 1 montre une vue schématique d’un dispositif selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
la figure 2 montre une vue schématique d’un détail d’un dispositif selon un mode de réalisation préféré de l’invention.
Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détail pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre d’exemples et de manière non limitative. Des numéros de référence similaires seront utilisés pour décrire des concepts semblables à travers différents modes de réalisation de l’invention. Par exemple, les références 100, et 200 désignent deux modes de réalisation d’un dispositif conforme à l’invention.
La description se concentre sur les éléments techniques qui sont nécessaires à la compréhension de l’invention. D’autres éléments bien connus dans le domaine des dispositifs lumineux pour véhicules automobiles et n’ayant pas de rapport direct avec l’invention seront omis par souci de clarté. Par exemple, un dispositif lumineux comprend en général un système optique ainsi que des supports pour maintenir les différents composants en place, sans que de tels émis ne seront explicitement mentionnés dans cette description.
L’illustration de la figure 1 montre de manière schématisée un dispositif lumineux 100 pour un véhicule automobile, selon un mode de réalisation préféré de l’invention. Il s’agit par exemple d’un dispositif utilisé pour réaliser une fonction lumineuse externe du véhicule automobile, comme les feux diurnes ou les codes. Alternativement, il s’agit d’un dispositif utilisé pour réaliser une fonction lumineuse interne de l’habitacle du véhicule automobile, comme un écran luminescent ou un dispositif d’illumination ambiante. Le dispositif 100 comprend une source lumineuse matricielle 110 pilotée en tension électrique. La source matricielle 110 comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires 120. Il s’agit de sources élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent, de type diode électroluminescente, LED, émettant de préférence dans le spectre de lumière visible bleue à des longueurs d’onde comprises entre 400 et 490 nm. Chaque source peut émettre de la lumière 120 selon une direction principale. De préférence, la source matricielle 110 comprenant les sources élémentaires 120 est un composant monolithique dont la production sera décrite ci-après. Une source matricielle peut de préférence comprendre au moins seize sources élémentaires, bien que rien n’empêche de prévoir des matrices ayant des résolutions plus élevées, comprenant par exemple des centaines de sources élémentaires, ou plus.
La source matricielle 110 comprend un substrat 112 dans lequel sont intégrés des éléments interrupteurs 114 destinées à relier de manière sélective au moins une source élémentaire 120 à un circuit d’alimentation 130. De préférence, un élément interrupteur 114 est arrangé en-dessous de la source élémentaire 120 correspondante. Il s’agit par exemple de transistors à effet de champ à grille métal-oxyde à canal N, N-MOS, commandées moyennant un signal appliqué à leurs grilles respectives. A titre d’exemple, si le substrat 112 a une épaisseur d’environ 100 à 800 microns, les 10 à 20 derniers microns selon la profondeur à proximité des sources élémentaires 120 sont réservés pour l’intégration des éléments interrupteurs. Cette proximité entre les interrupteurs et les sources élémentaires 120 permet des temps de réaction très courts lors de l’allumage d’une source élémentaire, et permet de réaliser un temps de montée requis de l’ordre de 2 ns.
Le dispositif 100 comprend également des moyens de détection 140 destinés à détecter un signal lumineux 12 émis par une des sources élémentaires 120, et réfléchi par un objet 10 illuminé par la source lumineuse en question. Les moyens de détection ou de manière équivalente le détecteur 140 comprennent par exemple au moins une photodiode. De préférence, une seule photodiode est utilisée. Il est avantageux d’arranger la photodiode substantiellement dans le même plan que les sources élémentaires 120, de manière à ce que la distance entre les sources élémentaires et un objet 10 illuminé soit sensiblement égale à la distance entre la photodiode et le même objet. Les moyens de détection 140 sont reliés de manière fonctionnelle à une unité de traitement 150 configurés pour traiter des signaux 142 détectés par les moyens de détection 140. L’unité de traitement est par exemple réalisée par un élément microcontrôleur programmé à cet effet, ou par un circuit analogique réalisant la fonctionnalité requise. Afin de de réaliser une fonction de type LiDAR, l’unité de traitement 150 est également adaptée à commander l’état des éléments interrupteurs 114. Lorsqu’une source élémentaire est allumée pour un bref laps de temps en actionnant l’interrupteur 114 correspondant, un compteur de nano- ou picosecondes est lancé au niveau de l’unité de traitement. Ce compteur est arrêté dès qu’un signal 142 est détecté par le détecteur 140. Le compteur donne donc une estimation du temps de vol de l’impulsion lumineuse ainsi générée, et permet donc d’évaluer la distance D séparant la source matricielle/la photodiode de l’objet 10 qui vient de réfléchir l’impulsion lumineuse 122.
Pour créer la lumière blanche pour une fonction éclairage à partir de la lumière bleue, une couche de phosphore jaune et ou de convertisseur Quantum Dot est typiquement utilisée. Cependant, cette lumière blanche à typiquement un retard supérieur à 20ns, ce qui le rend inapte à la fonction de détection des objets. Par conséquent, le système de détection utilise principalement des rayons bleu qui not pas été converties en lumière blanche. Il est typiquement estimé qu’environ 1/3 à Ά des photons de la source lumineuse ne sont pas converties par la couche du phosphore.
La source de tension 130 est par exemple réalisée à l’aide d’un circuit convertisseur qui transforme une tension d’entrée Vcc fournie par une batterie interne au véhicule automobile, en une tension V adaptée à l’alimentation de la source lumineuse matricielle 110. De tels circuits convertisseurs sont connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le contexte de la présente invention.
La source lumineuse matricielle 110 est de préférence un composant monolithique, dans lequel les couches semi-conductrices des sources lumineuses élémentaires 120 sont disposées sur un substrat 112 commun. La source lumineuse matricielle 110 comprend de préférence un montage en parallèle d’une pluralité de branches, chaque branche comprenant des sources lumineuses semi-conductrices électroluminescentes 120.
La source lumineuse matricielle 110 comprend à titre d’exemple et non-limitatif, selon l’épaisseur du substrat et commençant par l’extrémité opposée à l’emplacement des sources élémentaires 10, une première couche électriquement conductrice déposée sur un substrat électriquement isolant. Il suit une couche semi-conductrice dopée n, dont l’épaisseur se situe entre 0.1 et 2 pm. Cette épaisseur est nettement inférieure à celles de diodes électroluminescentes connues, pour lesquelles la couche correspondante présente une épaisseur de l’ordre de 1 à 2 pm. La couche suivante est la couche active de puits quantiques d’une épaisseur d’environ 30 nm, suivie d’une couche bloquant des électrons, et finalement une couche semi-conductrice dopée p, cette dernière ayant une épaisseur d’environ 300nm. De préférence, la première couche est une couche de (Al)GaN:Si, la deuxième couche une couche de n-GaN:Si, la couche active comprend des puits quantiques en InGaN alternant avec des barrières en GaN. La couche bloquante est de préférence en AlGaN:Mg et la couche dopée p est de préférence en p-GaN:Mg. Le nitrure de Galium dopé n présente une résistivité de 0.0005 Ohm/cm tandis que le nitrure de Galium dopé p présente une résistivité de 1 Ohm/cm. Les épaisseurs des couches proposées permettent notamment d’augmenter la résistance série interne de la source élémentaire, tout en réduisant de manière significative son temps de fabrication, comme la couche dopée n est moins épaisse comparée à des LEDs connues et nécessite un temps de dépôt moins important. A titre d’exemple, typiquement 5 heures de temps de dépôts en MOCVD est nécessaire pour une LED de configuration standard avec 2μ de couche n, et ce temps peut être réduit de 50% si l’épaisseur de la couche n est réduite à 0.2μ.
Afin d’obtenir des sources lumineuses élémentaires 120 présentant des couches semi-conductrices ayant des épaisseurs homogènes, le composant monolithique 110 est de préférence fabriqué en déposant les couches de manière homogène et uniforme sur au moins une partie de la surface du substrat, de manière à la recouvrir. Le dépôt des couches est par exemple réalisé par un procédé d’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (« metal oxide chemical vapor deposition »), MOCVD. De tels procédés ainsi que des réacteurs pour leur mise en œuvre sont connus pour déposer des couches semi-conductrices sur un substrat, par exemple depuis les documents de brevet WO 2010/072380 Al ou WO 01/46498 Al. Les détails de leur mise en œuvre ne seront par conséquent pas détaillés dans le cadre la présente invention. Ensuite, les couches ainsi formées sont pixélisées. A titre d’exemple et non-limitatif, les couches sont enlevées par des procédés lithographiques connus et par etching aux endroits qui correspondent par la suite aux espaces séparant les sources lumineuses élémentaires 120 les unes des autres sur le substrat. Ainsi, une pluralité de plusieurs dizaines ou centaines ou milliers de pixels 120 de surface inférieure à un millimètre-carré pour chaque pixel individuel, et de surface totale supérieure à 2 millimètre-carré ayant des couches semi-conductrices à épaisseurs homogènes, et présentant donc des résistances série internes homogènes et élevées peuvent être produites sur le substrat d’une source lumineuse matricielle 110. De manière générale, plus la taille de chaque pixel de LED diminue, plus sa résistance série augmente, et plus ce pixel est adapté à être piloté par une source de tension. Alternativement, le substrat comprenant les couches épitaxiées recouvrant au moins une partie de la surface du substrat est scié ou coupé en sources lumineuses élémentaires, chacune des sources lumineuses élémentaires ayant des caractéristiques similaires au niveau de leur résistance série interne.
Le mode de réalisation qui vient d’être décrit n’est pas limitatif et l’invention se rapporte à même titre à des types de sources lumineuses élémentaires à éléments semi-conducteurs impliquant d’autres configurations de couches semi-conductrices. Notamment les substrats, les matériaux semiconducteurs des couches, l’agencement des couches, leurs épaisseurs et d’éventuels vias entre les couches peuvent être différents de l’exemple qui vient d’être décrit, pour autant que la structure des couches semi-conductrices soit telle que la résistance série interne de la source lumineuse élémentaire qui en résulte soit d’au moins 1 Ohm, et de préférence d’au moins 5 ou 10 Ohm, ou encore comprise entre 1 et 100 Ohm.
De préférence, non-seulement les éléments interrupteurs 114, mais également le circuit d’alimentation 130 peut être intégrés dans le substrat 112 lors de la fabrication du composant monolithique 110.
La figure 2 montre de manière schématisée un détail d’un dispositif lumineux 200 selon un mode de réalisation de l’invention. Les composants non-illustrés sont identiques aux composants décrits dans le cadre du mode de réalisation illustré par la figure 2. Ici, un exemple de réalisation de l’unité de traitement 250, reliée d’une part aux éléments interrupteurs 214 et d’autre part aux moyens de détection moyennant le signal détecté 242, est décrit de manière non-limitative. Les moyens de traitement 250 sont configurés pour commander l’état d’un des interrupteurs 214 de manière à ce que la source élémentaire y reliée va émettre une impulsion lumineuse 222 dans la direction de l’objet à détecter.
L’allure du signal lumineux réfléchi par l’objet, par exemple une impulsion ayant un temps de montée de l’ordre de 1 à 20 ns, 242, est connue par les moyens de traitement. En principe, l’allure est similaire à l’impulsion émise initialement par la source matricielle. Cependant l’amplitude de l’impulsion détectée est en pratique différente de l’amplitude de l’impulsion émise. Une version retardée d’une durée T du signal 242 est générée, il s’agit du signal 242’. Ceci est par exemple réalisé moyennant une ligne de retardement 252. Des circuits électroniques correspondants sont connus dans l’art et ne seront pas détaillés dans le cadre de la présente invention. La durée T, comptée à partir du début de l’impulsion émise, correspond à une fraction de l’amplitude maximale de l’impulsion émise. T est par exemple choisi pour correspondre à une valeur d’amplitude de l’impulsion qui équivaut à 50% de son amplitude maximale. D’autres choix sont possibles. Un circuit d’amplificateur différentiel 253 utilise en entrée le signal 242 reçu par le détecteur, et possiblement atténué par un circuit non-illustré, et le signal retardé 242’. L’amplificateur différentiel permet d’obtenir une mise en forme bipolaire du signal, dont le passage par zéro ne dépend pas de l’amplitude du signal détecté. Ceci permet d’obtenir un signal dont le timing ne dépend pas d’amplitude su signal détecté. Ce type de circuit est connu dans la littérature comme anglophone CFD « Constant Fraction Discriminator ».
L’amplitude du signal détecté à l’instant qui correspond au passage par zéro du signal issu du CFD permet de calculer de temps de vol de l’impulsion lumineuse. En effet, à cet instant, l’amplitude du signal détecté a atteint la fraction correspondante à la fraction déterminée par la durée T (e.g. 50%) de son amplitude maximale. On peut alors conclure que le flanc montant du signal réfléchi a été détecté avec succès.
La mesure de temps de vol entre le début du flanc montant de l’impulsion lumineuse émise et la détection du temps auquel le signal issue du circuit passe par zéro à l’aide un dispositif CTA (Convertisseur Temps- Amplitude) et/ou CTN (Convertisseur Temps Numérique) permet d’obtenir la distance D entre un objet qui a réfléchi l’impulsion lumineuse, et la source de l’impulsion. Ceci permet la détection d’un objet se situant à la distance D. En utilisant une pluralité de signaux de la source lumineuse pixélisée, une détection à granularité plus fine peut être mise en œuvre, et il devient possible de déterminer à quelle distance exacte se trouve l’objet. En utilisant une numérisation de l’amplitude correspondante au temps de vol, par exemple, il devient possible de déterminer que l’objet se trouve entre une distance DI (correspondant à un signal retardé d’une durée Tl) et une distance D2 (correspondant à un signal retardé d’une durée T2 légèrement plus longue que Tl), ou la différence de distance correspond à la résolution de la conversion amplitude / temps.
D’autres implémentations de l’unité de traitement 250 et de la ligne de retardement 252 et du circuit détection sont envisageables tant qu’elles permettent de réaliser la fonctionnalité qui vient d’être décrite, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.
Dans tous les modes de réalisations, la pluralité de sources lumineuses élémentaires 120 illustrées par la figure 1 peut être utilisée pour balayer séquentiellement le champ d’illumination de la source matricielle 110. Pour chaque source élémentaire ou pixel, de manière séquentielle, une impulsion lumineuse et générée et le signal retardé correspondant est détecté par les moyens de détection, puis traité comme décrit dans le cadre de l’exemple donné par la figure 2. L’information de détection ou non-détection d’un objet à une certaine distance prédéterminée est alors stockée dans un fichier de données ou dans un élément de mémoire, et mis en relation avec la position respective de la source lumineuse élémentaire ou du pixel correspondant. Il en résulte une représentation matricielle ou pixellisée de l’objet détecté, qui peut être utilisée comme entrée pour d’autres algorithmes de traitement d’images qui peuvent intervenir dans des systèmes de sécurité ou d’interface humainmachine mis en œuvre au sein du système informatique de l’invention. De même, le balayage répété d’un objet permet de déceler des mouvements d’un objet, et de détecter des gestes réalisés à un distance prédéterminée de la source matricielle. Moyennant la description structurelle et fonctionnelle qui vient d’être fournie, une personne ayant des connaissances générales dans le domaine pourra notamment produire un programme informatique ou une unité de commande réalisant la fonction de balayage et de stockage, sans avoir besoin d’inventivité supplémentaire.
L’étendue de la protection est définie par les revendications suivantes.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    Dispositif lumineux (100, 200) pour un véhicule automobile comprenant une source lumineuse matricielle (110) ayant une pluralité de sources lumineuses élémentaires (120) à élément semi-conducteur électroluminescent, la source lumineuse matricielle (110) étant destmee a réaliser au moins une fonction lumineuse du véhicule automobile, caractérisé en ce que la source lumineuse matricielle est pilotée en tension par un circuit d’alimentation (130) et comprend un substrat (112) dans lequel une pluralité d’éléments interrupteurs (114) sont intégrés, chaque élément interrupteur (114, 214) étant destiné à sélectivement relier au moins une source élémentaire (120) au circuit d’alimentation (130), le dispositif comprend un détecteur (140) destiné à détecter un signal lumineux (122, 222) émis par une des sources lumineuses élémentaires et réfléchi sur un objet (10), et en ce que le dispositif comprend une unité de traitement (150, 250) reliée fonctionnellement aux elements interrupteurs (114, 214) et destinée à commander l’état de ceux-ci, ainsi qu’à traiter un signal (142) détecté par le détecteur (140).
    Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (140) comprend au moins une photodiode.
    Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’unité de traitement (150, 250) est configurée pour estimer la distance séparant la photodiode (140) dudit objet, en utilisant le signal (142) détecté par ladite photodiode.
    Dispositif (200) selon une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l’unité de traitement (250) comprend une ligne de retardement (252) impliquée dans un circuit discriminateur a fraction constante (253) pour générer une copie retardée (242’) d’un signal lumineux détecté (242), émis par la source matricielle et réfléchi par ledit objet (10), et une unite de mesure de temps de vol (254) configurée pour calculer, sur base du signal généré par le circuit discriminateur à fraction constante, le temps de vol du signal lumineux émis entre l’objet et la source matricielle.
    Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’élément interrupteur (114, 214) est monté en série avec une source lumineuse élémentaire (120).
  2. 6. Dispositif selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’élément interrupteur (114, 214) comprend un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde, MOS, à canal N, dont l’état est commandé moyennant un signal appliqué à sa grille.
  3. 7. Dispositif selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’épaisseur du substrat (112) se situe entre 100 et 800 microns.
  4. 8. Dispositif selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit circuit d’alimentation (130) est intégré dans ledit substrat (112).
  5. 9. Dispositif selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les résistances série internes de chacune des sources lumineuses élémentaires (120) sont identiques et comprises entre 1 et 100 Ohm.
  6. 10. Dispositif selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la source lumineuse matricielle (110) comprend un composant monolithique, dans lequel les couches semiconductrices des sources lumineuses élémentaires (120) sont disposées sur un substrat commun (112).
  7. 11. Dispositif selon une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les sources lumineuses élémentaires (120) à élément semi-conducteur électroluminescent comprennent des sources émettant dans le spectre bleu, correspondant à des longueurs d’onde comprises entre 400 et 490 nm.
  8. 12. Dispositif selon une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que lesdits signaux lumineux (122, 242) comprennent des impulsions ayant un temps de montée inférieur à 20 ns.
  9. 13. Procédé pour détecter un objet moyennant un dispositif (100, 200) selon une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
    alimenter la source lumineuse matricielle ( 110) en électricité, moyennant une unité de traitement (150, 250), commander les éléments interrupteurs (114, 214) de chaque source lumineuse élémentaire (120) de manière séquentielle, de manière à émettre une séquence de signaux lumineux (122), chaque signal étant émis de l’emplacement d’une des sources lumineuses élémentaires ; moyennant le détecteur (140), détecter séquentiellement le signal lumineux (242) respectivement réfléchi par un objet (10) ;
    enregistrer pour chaque signal lumineux émis une donnée dans un élément de mémoire, la donnée indiquant si un objet (10) a été détecté ou non à l’emplacement illuminé par le signal lumineux correspondant.
    5 14.
    Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce le dispositif est conforme à unes des revendications 3 à 12, et en ce que pour chaque signal lumineux émis, le détecteur (150, 250) enregistre une donnée indiquant en plus une estimation de la distance D entre l’objet détecté (10) ou non à l’emplacement correspondant, et le détecteur (140).
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