Brevet FR2730035A1 — publié le 19960802

La présente invention est relative à un projecteur infrarouge pour des systèmes d'aide à la vision dans des véhicules automobiles. Elle concerne également de tels systèmes d'aide à la vision. Les systèmes d'aide à la vision sont désormais classiquement connus. Ils comportent generalement un projecteur émettant des rayonnements de longueurs d'ondes non visibles, en particulier infrarouge, ainsi qu'une caméra sensible à ce rayonnement et recueillant les images de l'environnement du véhicule, ces images étant visualisées en temps réel dans le véhicule par le conducteur. De tels systèmes permettent d'augmenter les volumes de perception des conducteurs, lors de l'usage des projecteurs de croisement, et donc d'augmenter la sécurité des trajets nocturnes. Un système d'aide à la vision de ce type a par exemple été décrit dans la demande de brevet français de la demanderesse déposée sous le numéro 93-05974, à laquelle on pourra avantageusement se référer. Les projecteurs infrarouges utilisés jusqu'à présent pour les systèmes d'aide à la vision utilisent generalement des lampes à incandescence, ainsi qu'un filtre passe haut (en longueur d'onde), éventuellement mobile. Egalement, il a déjà été proposé des systèmes d'aide à la vision mettant en oeuvre une détection d'obstacles par balayage laser en site ou en azimut. Les projecteurs à lampes à incandescence ne sont cependant pas satisfaisants. En particulier, ils rayonnent fortement aux grandes longueurs d'ondes et s'échauffent, ce qui est à l'origine d'un certain nombre de problèmes de comportement thermique. Egalement, les lampes de ces projecteurs n'ont souvent pas une durée de vie suffisante pour répondre aux exigences de fonctionnement standards. Les projecteurs infrarouges sont en effet allumes en même temps que les projecteurs de type code et doivent avoir une durée de vie supérieure à 1000 heures, ce qui nécessite de pouvoir changer leurs lampes. En outre, les projecteurs infrarouges à lampes à incandescence posent des problèmes d'encombrement. Ils nécessitent en particulier des réflecteurs de grande profondeur. Un but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. Egalement, l'invention permet de résoudre le problème majeur généralement rencontré avec les projecteurs infrarouges à lampes à incandescence, qui est celui de leur filtrage. Celui-ci doit être très performant, aucune lumière résiduelle à proximité du spectre intéressant (proche infrarouge) n'étant tolérable. De telles fuites conduiraient en effet à un aspect rouge en face avant du véhicule, ce qui est interdit. Par ailleurs, même blanche ou jaune, les fuites de lumière visible doivent être circonscrites, car elles s'ajoutent, compte-tenu de la forme du faisceau infrarouge (faisceau de type route) à l'éblouissement des faisceaux de type croisement. Egalement, la sensibilité des capteurs de type CCD utilisés pour les caméras du système d'aide à la vision est généralement maximale aux environs de 800 nm. Le filtre utilisé doit donc être très performant (750/780 nm - 800 nm). Un tel filtre est difficile à réaliser et est coûteux (traitement en couche mince). En outre, si le filtre travaille en réflexion, il est également nécessaire de tenir compte des réflexions multiples. Un autre but de l'invention est donc de proposer un projecteur infrarouge pour l'aide à la vision, pour lequel aucun filtrage n'est nécessaire. A cet effet, la solution proposée par l'invention est un projecteur pour un système d'aide à la vision dans un véhicule automobile, comportant une source pour l'émission d'un faisceau infrarouge, caractérisé en ce que la source est constituée par une pluralité de diodes électroluminescentes infrarouges. L'invention concerne également un système d'aide à la vision pour véhicule automobile comportant un tel projecteur, ainsi qu'une caméra qui observe l'environnement éclairé par ledit projecteur et des moyens à l'intérieur du véhicule pour la restitution de l'image relevée par la caméra. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 et la figure 2 sont des représentations schématiques de systèmes d'aide à la vision mettant en oeuvre des projecteurs infrarouges conformes à l'invention la figure 3a est une représentation schématique en perspective illustrant le principe d'un projecteur conforme à l'invention la figure 3b est une représentation en vue en coupe d'un projecteur conforme à l'invention la figure 4a est une représentation schématique en vue en coupe dlune plaquette de diodes d'un projecteur conforme à un mode de réalisation de l'invention la figure 4b est une vue de dessus de cette plaquette de diodes la figure 4c est une représentation schématique du circuit électrique correspondant à cette plaquette de diodes les figures 5a à 5c sont des représentations analogues aux figures 4a à 4c, pour une autre variante possible pour 1 'invention les figures 6a à 6c sont des figures analogues aux figures 4a à 4c, illustrant une autre variante encore de l'invention. De façon connue en soi, un système d'aide à la vision comporte, ainsi qu'on l'a par exemple illustré sur la figure 1, un projecteur infrarouge 1 monté sur le véhicule automobile V, ainsi qu'une caméra 2 reliée à un moniteur 3 sur lequel les images sont restituées. La caméra 2 est avantageusement portée par le pavillon du véhicule V en étant par exemple située, dans le cas d'une aide à la vision pour l'observation de l'environnement à l'avant du véhicule V, au voisinage du plafonnier dudit véhicule. La caméra 2 est éventuellement complétée par un filtre infrarouge 4. Généralement, le projecteur infrarouge est situé juste en dessous des projecteurs standards du véhicule. Ainsi qu'on l'a illustré sur la figure 2, le système d'aide à la vision peut également être utilisé pour visualiser l'environnement à l'arrière du véhicule. Dans cette hypothèse, le véhicule V est équipé d'un projecteur infrarouge arrière 5, tandis que la caméra 2 est portée par le plafonnier, au voisinage de la lunette arrière du véhicule V. Le moniteur 3 sur lequel la caméra 2 renvoie l'image qu'elle observe est alors situé au voisinage du rétroviseur intérieur du véhicule. Ainsi qu'on l'a illustré sur les figures 3a et 3b, le projecteur infrarouge conforme à l'invention comporte une pluralité de diodes électroluminescentes 6 portées par le substrat 7 d'un circuit imprimé pour la commande et l'alimentation desdites diodes 6. Cette structure peut éventuellement être complétée par une plaque 8 (figure 3a) pour l'alignement et la tenue des diodes 6, cette plaque 8 présentant une pluralité d'orifices dans lesquels lesdites diodes 6 sont reçues. Cette plaque peut avantageusement servir de radiateur afin d'abaisser la température des diodes. Les diodes 6 émettent dans la bande de longueurs d'ondes comprise entre 800 et 900 nm. Elles sont par exemple des diodes en AsGaAl émettant vers 880 nm et ayant un bon rendement. Ainsi, les diodes 6 émettent intégralement dans les longueurs d'ondes qui correspondent au maximum de sensibilité de la caméra 2 du véhicule, ce qui permet de limiter le nombre de diodes nécéssaires. Aucun filtre n'est nécessaire. Les diodes 6 sont par exemple des diodes comportant leur propre optique, telles que des diodes standards de 5mm de diamètre. Elles peuvent également être des diodes à large cône d'émission et sont alors, le cas échéant, complétées par des optiques dioptriques, telles que des lentilles de Fresnel, ou une matrice M de lentilles épaisses, telle qu'illustrée sur la figure 3b. A titre d'exemple, une matrice de 186 diodes 6 de type SFH 484 (diodes de 5 mm de diamètre), rayonne une énergie équivalente vis-à-vis d'un capteur CCD donné (par exemple du type TH 68 83A), à celle d'un projecteur de type route, par exemple à lampe H1, muni d'un filtre interférentiel. Les diodes SFH 484 sont des lampes à flux élevé qui présentent un angle de cône d'ouverture de 160. Le faisceau réalisé par une telle matrice de 186 diodes est un faisceau large dont l'éclairement équivalent vis-à-vis du CCD sur une surface située à une distance de 25 m est de 16 lux. Pour obtenir un éclairement équivalent à celui des projecteurs à lampes à incandescence (éclairement de 132 lux), sur une zone utile correspondant par exemple à deux voies de circulation à 100 m (zone de 6 m de diamètre correspondant à une surface éclairée de 1,8 m2 à 25 m), on peut utiliser une matrice de 71 diodes SFH 484 complétées par une optique convergente. La surface précitée est alors éclairée par un flux lumineux de 233 lumen. Si on restreint encore la zone en considérant un faisceau dissymétrique permettant d'éclairer un homme debout à 100 m, le nombre de diodes nécessaires est ramené à 30 environ. Dans cette dernière configuration, les optiques sont avantageusement toriques. On notera que pour des projecteurs destinés à fonctionner à des températures ambiantes de 500C, les nombres de diodes sont à multiplier par 1,45. Pour des fonctionnements à 700C, ce facteur est non plus de 1,45 mais de 2,7. On donne ci-après plusieurs valeurs caractéristiques des diodes infrarouges de 5mm de diamètre de type SFH 485 et SFH 484. Pour les diodes FFH 485 - le demi-angle a au sommet du cône d'émission est de 200, - la distance do entre le substrat 7 sur lequel elles sont montées et leur centre optique étant de 4,5 mm, - la distance di du foyer virtuel au centre optique de la lentille de la diode est de 6,7 mm, - le demi-côté H de la source virtuelle est de 0,3 mm. Pour une diode de type SFH 484, les valeurs sont les suivantes a = 80, dO = 5,4 mm, di = 17,8 mmn, H = 0,7 mm. Les lentilles de convergence complémentaires sont disposées de façon que leur foyer soit au niveau de la source virtuelle de la diode correspondante, soit pour un demi-angle objectif B, une distance focale F égale à 100.H, le diamètre utile D de la lentille étant de 2F.tg a . Pour un demi-angle objectif ssde 2,250 (angle de 2,5 en % correspondant à un angle d'ouverture de cône de 5,50), la distance focale F égale à 40 H. Pour une diode de type SFH 485, les lentilles auront alors par exemple une distance focale F de 12,2 mm et un diamètre D de 8,9 mm. Pour une diode de type SFH 484, la distance focale, F sera de 26,4 mm, le diamètre D de 7,4 mm. On donne ci-après des valeurs caractéristiques de certaines diodes de 5 mm de diamètre. Le faisceau issu d'une diode de type SFH 484-2 comprend deux parties une partie centrale conique issue d'une image virtuelle de la source, située à environ 35 mm du sommet de la diode, cette partie conique correspondant sensiblement à un angle d'ouverture de 5 , une partie annulaire correspondant à une image à l'infini. Si Io est l'intensité du faisceau émis dans l'axe, la partie conique du faisceau véhicule une énergie Wl correspondant à environ 0,024 Iow tandis que la partie annulaire (angle compris entre environ 5 et 10 ) véhicule une énergie correspondant à 0,036 Io. soit 60% de l'énergie du total de l'énergie véhiculée. On démontre que pour une lentille de 30 mm de focale et de diamètre convenable située à une distance de 30 mm de la diode, l'ensemble de l'énergie rayonnée est concentré dans un cône de 50 de demi-angle au sommet. Le projecteur conforme à l'invention présente l'avantage de permettre d'utiliser devant la caméra 2 un filtre passe-bande 4 correspondant à la bande d'émission étroite des diodes électroluminescentes 6. Un tel filtre 4 permet d'éliminer une très grande partie des parasites lumineux (éclairage public, lampes à incandescence des autres véhicules, etc.). Ainsi qu'on l'a illustré sur les figures 1 et 2, ce filtre 4 est avantageusement disposé dans l'objectif 2b de la caméra 2, devant l'unité CCD 2a. Sa surface et donc son coût sont alors réduits. Egalement, un tel projecteur peut fonctionner de façon impulsionnelle en étant synchronisé avec la caméra, la phase de fonctionnement étant aléatoire d'un véhicule à l'autre. Par exemple, la caméra peut comprendre un volet électronique de remise à zéro de l'unité CCD 2b. L'utilisation de phases aléatoires pour chaque véhicule, éventuellement complétée par des sauts de phase en cas de perturbation, permet d'éviter les éblouissements mutuels entre les systèmes d'aide à la vision de deux véhicules V se croisant. La disposition des diodes, ainsi que les lentilles, sont avantageusement choisies de façon que le faisceau formé par le projecteur soit dissymétrique. L'aspect du projecteur et notamment la couleur de son transparent peuvent être quelconques. I1 suffit que le transparent laisse passer les infrarouges dans la bande d'émission. Sur les figures 4a à 4c, on a illustré un mode de réalisation qui convient par exemple pour le recul ou la rétrovision. Les diodes 6 sont des diodes infrarouges de 5mm de diamètre. Elles sont disposées selon une matrice rectangulaire de 10 par 6. Aucune lentille complémentaire n'est prévue. Une résistance R est montée en série avec les diodes sur le substrat 7 du circuit imprimé qui porte lesdites diodes. Le faisceau réalisé est un faisceau large. Un tel projecteur dont les diodes comportent leur propre optique convient notamment pour un système d'aide à la vision de l'environnement à l'arrière d'un véhicule automobile, notamment pour la rétrovision ou une aide à la vision lors d'une manoeuvre en marche arrière du véhicule. Sur les figures 5a à 5c, les diodes 6 sont complétées par un réseau de lentilles divergentes cylindriques 9. Ce type de projecteur convient par exemple pour la réalisation d'un faisceau dissymétrique, notamment pour un système d'aide à la vision de l'environnement à l'arrière d'un véhicule automobile, notamment pour la rétrovision ou une aide à la vision lors d'une manoeuvre en marche arrière du véhicule. Sur les figures 6a à 6c, les diodes sont complétées par un réseau lentilles convergentes 10. Un tel réseau convient, lorsque le faisceau de diodes est trop divergent. Cette solution est également applicable lorsque les diodes 6, au lieu d 'être des diodes du type à optique, de 5mm de diamètre, sont des diodes sans optique, par exemple de type TOP-LED, ou des diodes à faisceau très divergent, telles que les diodes de type brewster. Un tel projecteur comportant une pluralité d'éléments optiques de convergence disposés en regard des diodes est particulièrement adapté pour un système d'aide à la vision de l'environnement à lavant d'un véhicule automobile. REVENDICATIONS 1. Projecteur pour un système d'aide à la vision dans un véhicule automobile, comportant une source pour l'émission d'un faisceau infrarouge, caractérisé en ce que la source est constituée par une pluralité de diodes (6) électroluminescentes infrarouges. 2. Projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes (6) émettent dans une bande de longueur d'onde comprise entre 800 et 900 nm. 3. Projecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte également une pluralité d'éléments optiques de convergence (10) disposés en regard des diodes (6). 4. Projecteur selon la revendication 3 pour un système d'aide à la vision de l'environnement à l'avant d'un véhicule automobile. 5. Projecteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour la réalisation d'un faisceau dissymétrique, il comporte une pluralité d'éléments optiques de divergence (9) disposés en regard des diodes (6). 6. Projecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diodes (6) sont du type comportant leur propre optique, par exemple des diodes standards de 5mm de diamètre. 7. Projecteur selon la revendication 5 ou la revendication 6, pour un système d'aide à la vision de l'environnement à l'arrière d'un véhicule automobile (V), notamment pour la rétrovision ou une aide à la vision lors d'une manoeuvre en marche arrière du véhicule (V). 8. Projecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diodes (6) sont portées par le substrat (7) d'un circuit imprimé pour l'alimentation et la commande desdites diodes. 9. Projecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une plaque (8) pour l'alignement et le maintien des diodes (6). 10. Système d'aide à la vision pour véhicule automobile comportant un projecteur (1, 5) selon l'une des revendications précédentes, ainsi qu'une caméra (2) qui observe l'environnement éclairé par ledit projecteur (1) et des moyens (3) à l'intérieur du véhicule (V) pour la restitution de l'image relevée par la caméra (2). 11. Système d'aide à la vision selon la revendication 10, caractérisé en ce que la caméra (2) comporte un filtre passe-bande (4) correspondant à la bande d'émission des diodes (6), disposé dans l'objectif (2b) de la caméra (2). 12. Système d'aide à la vision selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le projecteur (1) et la caméra (2) fonctionnent en mode impulsionnel en étant synchronisés, la phase de fonctionnement étant aléatoire d'un véhicule (V) à l'autre.