Brevet FR2722291A1 — publié le 19960112

La présente invention concerne un dispositif pour la détection d'un état de surface extérieur d'une vitre de véhicule notamment automobile, et notamment un dispositif pour la détection de la présence de gouttes d'eau sur une vitre telle qu'un pare-brise ou une vitre arrière. Les dispositifs pour la détection de gouttes d'eau de pluie sur un pare-brise sont connus. Certains mettent en oeuvre des moyens optoélectroniques pour la mesure de la variation de l'intensité lumineuse d'un faisceau réfracté à travers le verre du pare-brise. On a illustré schématiquement sur la figure 1 le principe général d'un dispositif de détection de gouttes d'eau conforme à l'art antérieur. Une diode d'émission 1 située à l'intérieur du véhicule émet en direction d'un pare-brise 3 un faisceau 2 suivant une direction d'incidence inclinée d'un angle a par rapport aux directions perpendiculaires au pare-brise 3. Une partie de la puissance émise est perdue par réflexion directe sur la face interne du pare-brise 3 (rayonnement réfléchi 4), alors que le reste du faisceau émis (rayonnement 5) traverse le pare-brise 3 avec un angle de réfraction p différent de l'angle d'incidence a. Lorsque ce faisceau lumineux 5 atteint la face extérieure du pare-brise 3, une petite partie de la puissance reçue est réfléchie (rayonnement 7), alors que la majorité de la puissance transmise est déviée vers l'extérieur (rayonnement 8). Lorsque le rayonnement réfléchi 8 atteint la face intérieure du pare-brise 3, une partie de ce rayonnement est à nouveau réfléchie (rayonnement 9), alors que l'autre partie (rayonnement 10) sort du pare-brise 3 et atteint un récepteur 11, du type photodiode ou phototransistor, mesurant son intensité. Toute perturbation, modifiant soit l'indice glace/air devenant l'indice glace/eau soit permettant une réflexion différente, et intervenant sur la face extérieure du pare-brise 3, c'est-à-dire toute perturbation du milieu 12 à l'extérieur dudit pare-brise 3, modifie le rapport entre la puissance transmise par la diode démission 1 (rayonnement 2) et la puissance réfléchie reçue par le récepteur 11 (rayonnement 10). Les variations du flux lumineux enregistrées sur le récepteur 11 traduisent les modifications du milieu 12 et sont interprétées pour, par exemple, détecter la présence de gouttes de pluie sur le pare-brise 3 et commander le fonctionnement des essuie-glaces. De façon plus générale, un tel dispositif peut être utilisé pour détecter un état de surface particulier de la face extérieure de la vitre et notamment pour commander la mise en marche du lave-vitre du véhicule. Pour optimiser la puissance reçue sur le récepteur 11, la direction d'incidence du rayonnement 2 est inclinée d'un angle a prédéterminé par rapport à la normale au pare-brise 3. Egalement, le récepteur 11 est positionné et orienté de façon que son axe coïncide avec la direction du rayonnement 10 réfléchi. La position du récepteur 11, par rapport au pare-brise 3 et à l'émetteur 1, est en particulier fonction du pas P tel que représenté sur la figure 1, ledit pas P dépendant de l'épaisseur e du parebrise 3. A titre illustratif, on pourra avantageusement se référer à DE-38 23 300 dans lequel est décrit un dispositif pour la détection de gouttes d'eau sur un parebrise. L'émetteur et le récepteur y sont montés sur un même substrat plan qui est parallèle au pare-brise. De façon à obtenir la direction d'incidence souhaitée, l'émetteur est porté sur le substrat par l'intermédiaire d'une barrette cambrée. Des lentilles de convergence sont prévues en entrée et en sortie du boîtier dans lequel le substrat, l'émetteur et le récepteur sont disposés. Les axes de ces lentilles coïncident avec les directions d'incidence et de réflexion. Du fait notamment du montage particulier que nécessite l'inclinaison de l'émetteur sur le substrat, un tel dispositif présente un coût de fabrication important. Un but de l'invention est de pallier cet inconvénient. Elle propose une structure qui permet d'utiliser comme émetteur et récepteur des composants du type CMS (composants à montage en surface) implantés sur le substrat plan d'un circuit imprimé parallèle au parebrise. Un problème qui se pose avec un tel dispositif tient en ce que la direction d'émission de l'émetteur, c'est-à-dire la direction selon laquelle l'émetteur émet avec une puissance maximale, est perpendiculaire au substrat et donc à la vitre. Or, ainsi qu'on la illustré sur la figure 2 sur laquelle est représenté un diagramme donnant sous la forme de vecteurs P de puissance d'émission la puissance émise par une photodiode Ph en fonction de la direction observée, la puissance d'émission décroît fortement avec l'angle 6 d'inclinaison par rapport à l'axe A de la diode Ph et devient nulle pour un angle d'inclinaison supérieur à l'angle d'ouverture emax. Il est donc difficilement envisageable de mettre en oeuvre une détection avec une diode d'émission à grand angle d'ouverture directement en regard de la vitre, dont la portion de faisceau émis, utilisée pour la mesure du flux réfracté, n'est pas dans l'axe de la diode mais est inclinée par rapport audit axe : la puissance du faisceau réfléchi ne serait pas maximale ; la fiabilité et la précision de la mesure ne seraient pas optimisées. On connaît déjà également par le document DE-38 06 881 un dispositif de détection de gouttes de pluie dans lequel l'émetteur et le récepteur sont des composants CMS portés par un même substrat. Ce substrat est cependant orienté perpendiculairement au plan de la vitre. Un prisme assure la réflexion des faisceaux en sortie de l'émetteur pour les renvoyer sur la vitre, ainsi que la réflexion des faisceaux réfléchis par la vitre pour les renvoyer sur le détecteur.Les moyens optiques proposés dans ce document ne pourraient aucunement être transposés pour réaliser un dispositif à substrat plan parallèle à la vitre. En outre, le dispositif décrit dans DE-38 06 881 qui est d'un encombrement important, est onéreux et est d'un montage complexe. L'invention propose quant à elle un dispositif pour la détection d'un état de surface extérieur d'une vitre de véhicule, notamment automobile, comportant au moins un élément d'émission destiné à émettre un faisceau lumineux en direction de la face intérieure de la vitre et un élément de détection pour la mesure d'un flux réfléchi vers l'intérieur par la face extérieure de la vitre, l'élément d'émission et l'élément de détection étant portés par un substrat plan à l'intérieur d'un boîtier destiné à être disposé sur la face interne de la vitre de façon que ledit substrat soit parallèle à ladite vitre, des lentilles de convergence étant disposées en regard de l'élément d'émission et de l'élément de détection, caractérisé en ce que les éléments d'émission et de détection sont des composants à montage en surface directement implantés sur la face du substrat en regard de la vitre, la direction d'émission de l'élément d'émission étant perpendiculaire au plan du substrat, la lentille en regard dudit élément d'émission déviant le faisceau émis de façon à ce que la direction d'incidence dudit faisceau sur la vitre soit inclinée par rapport à la normale à la vitre, la lentille en regard de l'élément de détection focalisant le flux réfléchi qu'elle reçoit sur ledit élément de détection. L'invention porte également sur le boîtier d'un tel dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard de la figure 3 des dessins annexés, qui représente schématiquement en vue en coupe un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif représenté sur cette figure 3 comporte un substrat 20 de circuit imprimé sur une face duquel sont montées deux diodes d'émission 21 et 22, ainsi qu'une diode de réception 23 interposée entre les deux diodes d'émission 21 et 22. Le substrat 20 porte également une pluralité de composants 24 et 25 nécessaires à la réalisation des montages électriques d'émission et de réception. Ces composants sont disposés les uns sur la même face que les diodes 21 à 23 (composants 24), les autres sur la face opposée (composants 25). Les montages électriques pour, d'une part, la commande des photodiodes d'émission 21 et 22 et, d'autre part, l'amplification de la sortie de la photodiode de réception 23 sont classiquement connus de l'Homme du Métier et ne seront pas détaillés dans la présente description. Les composants 24 et 25 sont en particulier constitués de composants passifs tels que des résistances et condensateurs, ainsi que de composants tels que des transistors, des diodes ou des amplificateurs opérationnels. Le substrat 20 et les composants 21 à 25 qu'il porte sont disposés dans un boîtier B destiné à être appliqué contre la surface interne d'une vitre V, telle qu'un pare-brise ou une vitre arrière de véhicule automobile. Le substrat 20 est alors parallèle à ladite vitre V ; les faces d'émission des diodes 21, 22 et la face sensible de la diode 23 sont orientées en direction de la surface interne de ladite vitre V. Le boîtier B est constitué d'une partie réceptacle 26 et d'une partie couvercle C coiffant cette partie 26. La partie 26 présente un fond 26a destiné à être juxtaposé à la vitre V et un bord 26b entourant ledit fond 26a. Ce fond 26a présente trois lentilles de déviation référencées de 27 à 29 qui sont directement en regard respectivement de la diode d'émission 21, de la diode de détection 23 et de la diode d'émission 22. Les lentilles 27 et 29 reçoivent une majeure partie des faisceaux émis par les diodes 21 et 22, de sorte qu'une majeure partie de la puissance émise par ces diodes est envoyée sur la vitre V. Ainsi, ces lentilles 27 et 29 répartissent de façon homogène sur la vitre V les flux d'émission en provenance des diodes 21 et 22. Elles dévient les rayonnements qu'ils reçoivent de façon, ainsi qu'on la illustré sur la figure 3 pour le rayonnement 30, à leur donner l'incidence souhaitée par rapport à la vitre V. La lentille 28 est également une lentille de déviation. Elle reçoit les faisceaux réfléchis sur la face externe de la vitre V et les focalise sur la surface sensible du détecteur 23, de façon à amplifier le niveau du signal reçu. Avec une telle structure, les lentilles 27 à 29 contribuent à élargir la portion de la vitre observée par le dispositif de détection : le dispositif présente une sensibilité et une immunité aux perturbations surfaciques que constituent les rayures ou salissures de la vitre, améliorées par rapport à celles des dispositifs de l'art antérieur. Cette partie 26 du boîtier B est réalisée par moulage en une matière plastique - par exemple du type polymétacrylate ou polycarbonate - transparente au rayonnement émis par la ou les diodes d'émission 21 et 22, de façon à permettre la sortie de ce rayonnement en direction du pare-brise, puis son retour sur la diode de détection 23. La couleur et la composition de cette matière peuvent être choisies pour que la lentille 28 - et l'ensemble de la partie 26 - absorbent une partie des rayonnements parasites en provenance de l'extérieur et en particulier une partie du rayonnement solaire. La notion de lentille doit être comprise au sens large et inclut tout dispositif optique de déviation. En particulier, il est possible de prévoir des lentilles autres que des lentilles sphériques et en particulier des lentilles de forme calculée. La lentille 28 en regard du détecteur 23 est entourée par une jupe 31 venue de moulage, s'étendant en saillie à l'intérieur du boîtier B à partir du fond 26a jusqu'au niveau de la surface sensible du détecteur 23. Cette jupe 31 est entourée d'une bague opaque 31a qui isole le détecteur 29 des rayonnements directs émis par les diodes 21 et 22. En variante, cette jupe 31 peut être peinte. Les bords du réceptacle 26 et du couvercle C présentent des décrochements intérieurs 32 complémentaires qui permettent de positionner de façon précise le substrat 20 dans le boîtier B et de l'y maintenir en place sans vissage ou collage. La face du fond 26a qui est rapportée sur la vitre V présente au niveau des lentilles 27, 28 et 29 trois bossages plans 33, 34 et 35 qui définissent des surfaces de contact par lesquelles le boîtier B est collé sur la vitre V (couche de colle 36). La structure d'appui que définissent ces trois bossages plans 33, 34 et 35 permet de s'affranchir des problèmes que pourrait poser la concavité de la vitre V. La colle 36 utilisée est une colle transparente. La liaison, entre le fond 26a et la vitre V que réalise cette colle 36 au niveau des zones opérationnelles que définissent les lentilles 27 à 29 et les bossages 33 à 35, est translucide, de sorte que le passage du rayonnement est sans pertes de transmission importantes et surtout que cette transmission est stable dans le temps. Le boîtier B comporte également des moyens pour le verrouillage élastique du réceptacle 26 et du couvercle 27. Ces moyens comprennent en particulier des ergots 37 en saillie par rapport au bord 26b du réceptacle 26 et des logements complémentaires 38 ménagés sur le bord du couvercle 27. Les différents éléments portés par le substrat 20 sont ainsi enfermés dans le boîtier B et protégés de l'extérieur. On notera qu'un des avantages du dispositif proposé par l'invention tient en ce que les moyens optiques de déviation et de filtrage sont d'une pièce avec la partie réceptacle, de sorte que le nombre de pièces du dispositif est réduit. Bien entendu, le nombre de diodes d'émission et de diodes de réception peut être différent : en particulier, le dispositif peut utiliser plusieurs émetteurs et plusieurs récepteurs en ligne. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la détection d'un état de surface extérieur d'une vitre (V) de véhicule, notamment automobile, comportant au moins un élément d'émission (21, 22) destiné à émettre un faisceau lumineux en direction de la face intérieure de la vitre (V) et un élément de détection (23) pour la mesure d'un flux réfléchi vers l'intérieur par la face extérieure de la vitre (V), l'élément d'émission (21, 22) et l'élément de détection (23) étant portés par un substrat plan (20) à l'intérieur d'un boîtier (B) destiné à être disposé sur la face interne de la vitre (V), de façon que ledit substrat (20) soit parallèle à ladite vitre (V), des lentilles de convergence (27, 28, 29) étant disposées en regard de l'élément d'émission (21, 22) et de l'élément de détection (23), caractérisé en ce que les éléments d'émission (21, 22) et de détection (23) sont des composants à montage en surface directement implantés sur la face du substrat (20) en regard de la vitre (V), la direction d'émission de l'élément d'émission (21, 22) étant perpendiculaire au plan du substrat (20), la lentille (27, 29) en regard dudit élément d'émission (21, 22) déviant le faisceau (30) émis de façon à ce que la direction d'incidence dudit faisceau sur la vitre (V) soit inclinée par rapport à la normale à la vitre (V), la lentille (28) en regard de l'élément de détection (23) focalisant le flux réfléchi qu'elle reçoit sur ledit élément de détection (23). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (B) comprend deux parties (26, C) s'assemblant l'une sur l'autre, les lentilles (27, 28, 29) étant d'une pièce avec celle de ces parties (26, C) qui est appliquée sur la vitre (V). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lentille (28) en regard de l'élément de détection (23) est en une matière qui filtre au moins une partie du rayonnement solaire. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une lentille (27, 29) en regard de l'élément d'émission (21, 22) distribue de façon homogène sur la vitre (V) le faisceau (30) émis par ledit élément (21, 22). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un cloisonnement (31a) opaque entourant la lentille (28) en regard de l'élément de détection (23) en s'étendant en saillie à l'intérieur du boîtier (B) à partir du fond (26a) pour isoler ledit élément de détection (23) des rayonnements internes émis par l'élément d'émission (21, 22). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces extérieures des lentilles (27, 28, 29) sont des bossages plans (33, 34, 35) par lesquels le boîtier (B) est collé sur la vitre (V). 7. Dispositif pour la détection de la présence de gouttes d'eau sur une vitre (V), caractérisé en ce qu'il est constitué d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes. 8. Boîtier de dispositif de détection d'un état de surface extérieur d'une vitre (V) de véhicule comportant une partie réceptacle (26) destinée à être appliquée sur la surface intérieure de la vitre (V) et une partie couvercle (C) fermant cette partie réceptacle (26), ledit boîtier (B) étant destiné à recevoir un substrat plan (20) portant au moins un élément d'émission (21, 22) et un élément de détection (23) et comportant des moyens (32) pour maintenir ce substrat (20) de façon à ce qu'il soit parallèle à la vitre (V), caractérisé en ce que la partie réceptacle est moulée d'une pièce avec des lentilles (27, 28, 29) pour la déviation du faisceau émis perpendiculairement à la vitre (V) par le moyen d'émission (21, 22) et la focalisation d'un flux réfléchi par la surface extérieure de la vitre (V) sur l'élément de détection (23). 9. Boîtier selon la revendication 8, caractérisé en ce que la matière, dans laquelle la partie réceptacle (26) est moulée, est une matière plastique transparente au rayonnement émis qui filtre au moins une partie du rayonnement solaire.