Brevet FR2773614A1 — publié le 19990716

DISPOSITIF DETECTEUR DE BUEE SUR UNE SURFACE LISSE La présente invention a pour objet un dispositif de détection de buée sur une surface lisse et elle trouve une application particulièrement importante dans la détection de la buée dès qu'elle commence à se former sur une paroi transparente. Cette paroi transparente peut notamment être une vitre de véhicule ou de bâtiment. La visibilité à travers une paroi transparente est fortement altérée par la présence de buée. I1 est important de la détecter dès le début de sa formation, de façon à fournir une indication en vue de la mise en oeuvre de moyens de désembuage ou en vue de la commande automatique de tels moyens. Ainsi, les moyens de désembuage peuvent être mis en oeuvre de façon précoce et efficace, ce qui est particulièrement souhaitable du fait que, contrairement aux essuieglaces à balayage, les moyens de dégivrage n'ont pas une action instantanée. L'invention propose dans ce but un dispositif comprenant - un émetteur de lumière placé de façon à diriger vers la surface un faisceau sous incidence oblique, formant une tache, - un capteur placé de façon à voir la tache, - des moyens pour commander l'émetteur suivant un code temporel déterminé, - des moyens pour effectuer une détection du signal de sortie du capteur, comportant avantageusement un décodage de réduction du bruit, et - des moyens de comparaison du signal décodé avec un seuil pour fournir un signal de sortie indiquant la présence de buée en cas de dépassement du seuil. Deux modes de réalisation sont possibles. Dans le premier, le capteur est placé de façon à voir la tache sous une incidence différente de l'incidence de réflexion spéculaire du faisceau et, dans ce cas, il reçoit une lumière diffusée accrue lors de l'apparition de buée. La lumière émise doit être cohérente. Dans le second cas, le capteur reçoit la lumière réfléchie, qui est atténuée dès l'apparition de buée qui diffuse la lumière. Dans les deux cas, l'émetteur et le capteur sont du même côté de la paroi. Il est apparu que l'emploi d'un émetteur de lumière cohérente permet une discrimination bien supérieure à celle que permettrait une lumière non cohérente. Au surplus l'émetteur et le récepteur seront généralement appariés et prévus pour travailler dans une bande spectrale relativement étroite, généralement dans le proche infrarouge. L'émetteur peut avoir une puissance très faible, donc être sans danger pour l'oeil. De plus, la lumière infrarouge émise ne procure aucune gêne visuelle à l'utilisateur. On peut notamment utiliser, comme émetteur, des composants commercialisés sous la marque VCSEL par la société Honeywell et, comme capteur, une photo-diode ou un photo-transistor associé à un filtre de couleur d'entrée. I1 existe à l'heure actuelle des capteurs comportant un filtre de couleur incorporé et ayant une ouverture angulaire de réception suffisamment faible pour assurer la sélectivité spatiale requise. Dans la pratique, l'incidence sur la surface des rayons du faisceau émis sera comprise entre 100 et 450 environ. A titre d'exemple, un émetteur ayant un faisceau de sortie conique de 120 d'angle au sommet, placé de façon que le rayon moyen ait une incidence de 150, forme une tache sur la paroi de l'ordre de 3 x 10 cm à une distance d'environ 30 cm. Un dispositif du genre ci-dessus permet de déceler la buée dès le début de sa formation. Le même résultat est atteint chaque fois que la tache formée et vue a une surface suffisante pour que l'énergie lumineuse rétrodiffusée soit détectable en présence de buée. Le dispositif peut également fournir une réponse en cas de chute de gouttes d'eau, par exemple au début d'une averse, sur la face de la paroi transparente opposée à celle qui reçoit le faisceau. Il est relativement facile de discriminer la formation de buée et la chute de gouttes espacées, car cette dernière se traduit par des éclats intermittents détectables par analyse temporelle du signal. Un autre mode de différenciation consiste à prévoir deux capteurs qui voient deux portions différentes de la tache de lumière. La diffusion homogène de la lumière par la buée fait que celle-ci influence de la même façon la réponse des deux capteurs. Au contraire, des gouttes d'eau espacées provoquent des diffusions à des emplacement aléatoires. Dans le cas où la buée se forme sur la face interne (côté émetteur et capteur) d'une paroi transparente, tel qu'un pare-brise de véhicule, alors que la pluie frappe la face externe munie d'un essuie-glace, une autre solution encore consiste, dès détection d'un signal, à provoquer un aller-retour unique de l'essuie-glace et à constater s'il y a une modification du signal reçu par le capteur. Une pluie abondante créant une pellicule d'eau ne provoque au contraire pas de signal. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma en perspective destiné à montrer la disposition de l'émetteur et du capteur par rapport à une surface sur laquelle peut se former de la buée - la figure 2 est un synoptique montrant une constitution possible des circuits associés à l'émetteur et au capteur - la figure 3 est un schéma destiné à montrer l'applica- tion du dispositif à la détection de gouttes de pluie - la figure 4 montre une disposition possible de l'émetteur et du capteur en vue de la détection de la formation de buée sur un pare-brise de véhicule. Le dispositif suivant l'invention comporte un émetteur de lumière cohérente 10 placé de façon à fournir, sur une surface 12 où la formation de buée est à détecter, une tache 14. L'émetteur est placé de façon que les rayons du faisceau qu'il émet frappent la surface 12 sous une incidence oblique. Dans la pratique, on adoptera généralement un angle Q compris entre 100 et 450. L'émetteur 10 sera prévu pour fournir un faisceau de sortie ayant une ouverture au sommet comprise entre 100 et 200. Un capteur 16 est placé de façon à recevoir la lumière diffusée par la tache 14, à l'exclusion de la lumière ayant subi une réflexion spéculaire. Pour cela, l'angle p fait par le rayon médian du lobe d'entrée du capteur 16 est nettement différent de a. I1 est également possible de placer le capteur 16 en dehors du plan défini par l'axe du faisceau de sortie de l'émetteur 10 et la normale à la surface. I1 faut éviter qu'un rayon émis par l'émetteur n'arrive sur le capteur par réflexion spéculaire. L'émetteur peut être constitué par une diode laser, qui ne consomme que quelques milliampères, fournissant un flux dans le proche infrarouge. On peut également utiliser des diodes dites VCSEL, beaucoup moins onéreuses, émettant dans la plage de 800 à 900 nm et fournissant une lumière pseudocohérente. On peut également utiliser un laser, mais cette solution est trop coûteuse dans la plupart des cas. Le capteur 16 peut être constitué par une photodiode munie d'un filtre de couleur incorporé, dont le lobe d'entrée a une ouverture de 100 à 200. La lumière diffusée vers le capteur 16 dépend de la divergence du faisceau émis, de la distance de l'émetteur à la paroi et de l'inclinaison par rapport à la paroi. Lorsque tous ces paramètres sont constants, la lumière reçue par le capteur dépend de la présence de matières dispersées sur la surface. Il est apparu que le signal reçu par le récepteur est très différent suivant qu'il s'agit de buée, c'est-àdire de gouttelettes très fines et régulièrement réparties, et de salissures telles que des traces de doigts ou des traînées grasses. Le dispositif comprend, en plus de l'émetteur et du capteur, des circuits d'émission et de réception qui peuvent être complètement séparés l'un de l'autre, à condition d'être appariés. Ces circuits peuvent avoir la constitution montrée en figure 2. Le circuit d'excitation de l'émetteur 10 peut comporter un circuit d'alimentation 18 suivi d'un codeur 20 permettant de moduler, généralement en tout ou rien, la commande de l'émetteur suivant une séquence de bits temporelle répétitive. Une séquence de 9 bits ayant chacun une durée de 10 us, répétée à une fréquence de 10 Hz, s'est révélée donner de bons résultats. La séquence peut être stockée dans une mémoire 22. Le signal ainsi codé est appliqué à un amplificateur 24 fournissant un courant de sortie de quelques milliampères. L'ensemble de ces composants peut être alimenté directement sous la tension de 12 v provenant d'une batterie d'accumulation, dans le cas d'utilisation sur un véhicule automobile. Le circuit de réception peut comporter un amplificateur d'entrée 26 suivi d'un décodeur 28 réalisant un décodage que l'on peut qualifier de synchrone, en ce sens qu'il fournit une tension de sortie d'autant plus élevée qu'il y a coïncidence entre la modulation du signal et la séquence de codage, stockée dans une mémoire 30 qui peut être incorporée au décodeur 28. Pour limiter l'effet de la lumière parasite, le circuit montré en figure 2 comporte également une branche d'évaluation de la composante du signal de réception qui représente cette lumière parasite. Cette branche comporte un module 32 destiné à faire la moyenne du signal reçu pendant les périodes autres que celles des séquences codées. Pour cela, le module 32 peut être commandé par le circuit 28, qui l'active pendant les périodes où il n'identifie pas la présence d'une séquence de codage. La moyenne fournie par le module 32 est soustraite du signal de sortie du décodeur 28 dans un soustracteur 34. Enfin, le signal ainsi obtenu est comparé à un seuil, fixe ou ajustable, dans un comparateur 36 qui fournit une information sur sa sortie 38. Comme le montre la figure 3, le dispositif peut être prévu pour détecter la présence de pluie sur une face externe 40 d'une paroi transparente 42. Le capteur 16 reçoit en effet également de la lumière diffusée par la tache externe de lumière 44 correspondant à la tache interne 14 formée par l'émetteur 10. Dans le cas de l'utilisation du dispositif pour détecter la formation de buée sur un pare-brise 46 de véhicule automobile, l'émetteur 10 peut être placé à l'intérieur du véhicule de façon à diriger un faisceau vers le parebrise,le capteur 16 étant placé de l'autre côté du plan 48 normal à la surface au point d'incidence. Etant donné que le faisceau de lumière sera généralement très oblique, il sera souvent nécessaire de placer le capteur 16 hors du plan défini par le rayon médian du faisceau émis par l'émetteur 10 et la normale à la surface. Comme on l'a indiqué plus haut, une autre solution consiste à placer l'émetteur 10 et le capteur 16 de façon que le capteur reçoie la lumière ayant subi une réflexion spéculaire. Dans ce cas, la présence de buée provoque une décroissance du signal reçu par le capteur 16, puisque la réflexion spéculaire est atténuée au profit d' une diffusion. Seule la buée sur la face interne est détectée. Un émetteur de lumière non cohérente, tel qu'une diode électroluminescente, peut alors être utilisé. La puissance lumi neuse réfléchie diminue lorsqu'il y a présence de buée sans formation de tache lumineuse à proprement parler en lab- sence de buée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de buée sur une surface lisse, comprenant - un émetteur (10) de lumière placé de façon à diriger vers la surface un faisceau sous incidence oblique, formant une tache (14), - un capteur (16) placé de façon à voir la tache, - des moyens (20, 22) pour commander l'émetteur suivant un code temporel déterminé, - des moyens (28) pour effectuer une détection du signal de sortie du capteur, comportant un décodage de réduction du bruit, - et des moyens (36) de comparaison du signal décodé avec un seuil pour fournir un signal de sortie indiquant la présence de buée en cas de dépassement du seuil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur formant un faisceau de lumière cohérente et en ce que le capteur est placé de façon à voir la tache sous une incidence différente de l'incidence de réflexion spéculaire du faisceau. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'émetteur et le capteur sont appariés et prévus pour travailler dans une bande spectrale étroite, dans le proche infrarouge. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, dont l'émetteur est un composant VCSEL. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'émetteur est placé de façon que l'incidence des rayons du faisceau sur la surface soit comprise entre 100 et 450. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de codage sont prévus pour moduler la commande de l'émetteur suivant une séquence de bits temporelle répétitive. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur est placé de façon à voir la tache par réflexion sur la paroi. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'émetteur est placé à l'inté- rieur d'un véhicule et dirige le faisceau vers le parebrise, le récepteur étant placé de l'autre côté du plan normal à la surface au point d'incidence.