Brevet FR2935837A1 — publié le 20100312

Domaine de l'invention La présente invention concerne un photocapteur présentant une acceptance angulaire limitée, comportant une lentille ayant au moins une surface d'incidence et au moins une surface de sortie ainsi qu'au moins un détecteur, la lentille transmet au détecteur la lumière qui arrive sur la surface d'incidence de la lentille dans une plage angulaire prédéfinie et elle évite que la lumière qui arrive sur la surface d'incidence de la lentille en dehors de la plage angulaire prédéfinie ne tombe sur le détec- teur, la lentille a un corps de base essentiellement cylindrique dont une face frontale constitue la surface d'incidence et dont l'extrémité opposée à la surface d'incidence comporte au moins une surface de sortie, la lentille a une première surface de sortie inclinée selon un premier an- gle par rapport à la surface d'incidence et une seconde surface de sortie inclinée selon second angle par rapport à la surface d'incidence. Etat de la technique Les photocapteurs correspondant au type défini ci-dessus sont par exemple utilisés comme photocapteurs d'ambiance dans ces véhicules automobiles. De tels capteurs servent à saisir l'intensité de la lumière ambiante pour commander ainsi la mise en oeuvre de l'éclairage. Pour distinguer entre le passage dans les tunnels qui nécessitent la mise en oeuvre de l'éclairage et le passage sous les ponts pour lesquels l'éclairage ne doit pas être activé, il est connu selon l'état de la technique d'utiliser un capteur global et un capteur directionnel. Le capteur global saisit la luminosité ambiante en recevant la lumière d'une plage angulaire relativement grande, par exemple de l'ensemble du demi-espace dirigé vers le haut. En revanche le capteur directionnel a une acceptance angulaire limitée et il ne saisit que la lumière arrivant de la direction avant sur le véhicule. Buts de l'invention Partant de cet état de la technique la présente invention a pour but de développer un photocapteur ayant une acceptance angu- 2 laire limitée permettant de bien distinguer la lumière incidente en fonction de son angle d'incidence. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un photocapteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la ligne de coupe des deux surfa-ces de sortie se situe à l'intérieur de la projection de la surface d'incidence. Selon l'invention la lentille optique est combinée à un photodétecteur et la forme de la lentille optique évite que la partie non voulue de la lumière ne tombe sur le détecteur. La lentille fonctionne ainsi comme un guide d'ondes d'acceptance angulaire limitée. Pour cela la lentille a un corps de base essentiellement cylindrique. Une face frontale du cylindre sert de surface d'entrée (ou surface d'incidence). Deux surfaces de sortie correspondent à la surface d'incidence. Ces surfaces sont inclinées et se coupent l'une l'autre. On a ainsi l'impression visuelle d'une arête ou d'un biseau mais les deux surfaces de sortie n'ont pas le même angle d'incidence de sorte que la forme extérieure de la lentille est asymétrique. Dans la mesure où l'une des surfaces de sortie ou les deux surfaces de sortie ne sont pas planes, on considèrera comme angle d'incidence par rapport à la surface d'incidence, l'angle d'inclinaison d'un plan tangent à la surface de sortie correspondante. Dans la mesure où les deux surfaces de sortie sont planes, l'arête de coupe des deux surfaces de sortie sera une droite. Si l'une ou les deux surfaces de sortie est courbe, on aura une ligne de coupe ou d'intersection courbe. Selon l'invention la lumière provenant de la plage angulaire souhaitée passe par la première surface de sortie pour tomber sur le détecteur. En même temps cette première surface de sortie constitue un miroir qui fait subir une réflexion totale à la lumière qui arrive dans la lentille en dehors de la plage angulaire souhaitée. Cette lumière pourra sortir de nouveau de la lentille optique à travers la surface d'incidence après une autre réflexion totale sur la surface enveloppe, ou encore passer à travers la seconde surface de sortie pour être ensuite absorbée par un moyen d'absorption. 3 La courbure des deux surfaces de sortie peut être choisie pour obtenir le comportement de transmission souhaitée. Par exemple la première surface de sortie peut assurer une fonction de défocalisation pour augmenter l'angle de sortie des rayons lumineux sortants et les faire passer à côté du détecteur. En revanche la seconde surface de sortie sera à effet focalisant pour diriger la lumière provenant d'une grande plage angulaire, pour la diriger de façon certaine sur l'écran absorbant. Comme détecteur on peut utiliser tout détecteur recevant un rayonnement optique par exemple une photorésistance, un photo- transistor ou une photodiode. La dimension du détecteur et la distance du détecteur par rapport à la première surface de sortie sera choisie par le spécialiste selon la fonction de transfert de la lentille et l'angle d'acceptance souhaité pour le photocapteur. Selon un développement de l'invention, la seconde sur- face de sortie est structurée. En particulier on utilise une structure en forme de gradins. Cette structure facilite la dispersion de la lumière sortant et ainsi elle garantit l'absorption dans un écran placé derrière la seconde surface de sortie. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation tridimensionnelle de la lentille selon l'invention, - la figure 2 est une section de la lentille de la figure 1, et - la figure 3 est une section d'un autre mode de réalisation d'une lentille selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est une représentation en trois dimensions d'une lentille 1 selon l'invention, faisant partie d'un photocapteur. La lentille 1 se compose d'un corps de base cylindrique délimité par des surfaces enveloppes 2. La lentille peut être réalisée par exemple en polyméthylacrylate ou en polycarbonate. Le diamètre de la lentille est par exemple de l'ordre de 5 mm à 25 mm et sa longueur de l'ordre de 5 mm à 15 mm. 4 La face frontale du corps de base cylindrique constitue la surface d'incidence de lumière 11. La surface d'incidence de lumière 11 est destinée à être installée au contact d'une vitre, notamment du pare-brise d'un véhicule automobile. Les contacts de branchement ou les chemins conducteurs 6 assurant le branchement électrique du photo-capteur selon l'invention sont également prévus sur la vitre. L'extrémité du corps cylindrique de la lentille 1, à l'opposé de la surface d'incidence 11 comporte une première surface de sortie 3. Dans l'exemple représenté, la surface de sortie 3 est également plane et son angle par rapport à la surface d'incidence 11 est de l'ordre de 30° à environ 65°. De même, à l'extrémité du corps de base cylindrique de la lentille 1, à l'opposé de la surface d'incidence, on a une seconde surface de sortie 4. La surface de sortie 4 est également inclinée par rapport à la surface d'incidence 11. En particulier, l'angle d'inclinaison est d'environ 40° jusqu'à environ 80°. L'angle d'inclinaison des surfaces de sortie 3 et 4 peut être identique dans certains modes de réalisation. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, l'angle d'inclinaison des deux surfaces de sortie sera différent. Dans l'exemple de représenté, la surface de sortie 4 est bombée vers l'extérieur, c'est-à- dire suivant une forme convexe. Le cas échéant, la surface de sortie 4 peut également être plane. Les deux surfaces de sorties 3 et 4 ont une ligne de coupe 5 commune. Du fait de la courbure de la surface de sortie 4, la ligne de coupe de la figure 1 est également courbe. La ligne de coupe 5 se situe dans la projection de la surface d'incidence 11, c'est-à-dire que la projection perpendiculaire de tous les points de la ligne d'intersection 5 se situent à l'intérieur de la surface d'incidence 11. La figure 2 montre une vue en coupe d'un photocapteur équipé d'une lentille selon la figure 1. Figure 2, on a représenté la vitre 7, par exemple le pare-brise d'un véhicule automobile. La vitre 7 est inclinée d'un angle y par rapport à la direction horizontale. La lentille 1 est installée par sa surface d'incidence 11 contre la vitre 7. Le cas échéant, on peut avoir un adhésif et/ou un milieu de couplage tel que du silicone entre la surface d'incidence 11 et la vitre 7. Dans l'exemple de la figure 2, le corps de base de la lentille 1 est pratiquement perpendiculaire à la surface de la vitre 7. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le corps de base de la lentille 1 peut faire un autre angle avec la surface de la vitre 7. La surface 5 d'incidence 11 de la lentille cylindrique 1 est, de préférence, plane. Dans la mesure où la vitre 7 présente une courbure, la surface d'incidence 11 aura une forme complémentaire à la courbure de la vitre 7 pour minimiser l'intervalle. Les deux surfaces de sortie de lumière 3 et 4 rejoignent deux segments droits de la surface enveloppe cylindrique 2. Les deux surfaces de sortie se touchent suivant la ligne de coupe 5. La première surface de sortie 3 de l'exemple de réalisation représenté est plane. Il en résulte que la lumière traversant la surface de sortie 3 subit une réfraction ce qui la défocalise lorsqu'elle arrive sous un angle d'incidence supérieur à l'angle limite correspondant à la réflexion totale. Par le choix de la position et de la dimension du détecteur 9, on peut ainsi sélectionner la fraction du rayonnement incident tombant sur le détecteur 9 en fonction de l'application du photocapteur. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, la surface de sortie 3 pourra être bombée pour accentuer l'effet de défocalisation de la surface limite 3. Les rayons lumineux qui arrivent sur la surface de sortie 3 sous un angle inférieur à l'angle de limite correspondant à la réflexion totale, seront réfléchis par le dioptre 3 et arrivent de cette manière sur la seconde surface de sortie 4. Les surfaces de sortie 3 et 4 font, entre elles un angle permettant au rayon lumineux subissant une réflexion totale sur la surface de sortie 3, de traverser la surface de sortie 4 pour sortir de la lentille 1. Le rayonnement sortant de la surface de sortie 4 est ab- sorbé par un écran 8 derrière la surface de sortie. L'écran 8 est teinté pour garantir l'absorption du rayonnement incident. L'écran 8 peut être par exemple en une matière plastique qui sera teintée. En particulier, la matière plastique de l'écran 8 est teintée avec du noir de carbone. Pour réduire la lumière réfléchie par l'écran 8, on peut en outre prévoir un revêtement anti-réfléchissant sur l'écran 8 et/ou la surface de sortie 4. 6 Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, l'écran 8 couvrira non seulement la seconde surface de sortie 4 mais également des parties de la première surface de sortie 3 pour limiter davantage de cette manière l'angle d'acceptance du photocapteur. A titre d'exemple, on a représenté le chemin de deux rayons lumineux A et B. Le rayon lumineux A arrive du demi-espace supérieur sous un angle a sur le pare-brise 7 d'un véhicule non représenté. Comme dans l'exemple de réalisation le photocapteur ne doit détecter que la lumière venant de la direction avant, le rayon lumineux A est alors en dehors de l'angle d'acceptance du photocapteur. Le rayon lumineux A entrant par le pare-brise 7 subira tout d'abord une réfraction. Il arrivera ainsi sensiblement en ligne droite sur la première sur-face de sortie 3. A la sortie du pare-brise 7 et à l'entrée dans le corps de la lentille, à travers la surface d'incidence 11 et après avoir traversé une éventuelle couche de colle intermédiaire, le rayon peut subir d'autres réfractions, du fait de la différence des indices de réfraction. Mais ces réfractions sont faibles et n'apparaissent pas pour cette raison à la figure 2. Le rayon lumineux A subira ainsi une réflexion totale sur la première surface de sortie 3 pour arriver de cette manière sur la seconde surface de sortie 4. Cette surface a un angle d'inclinaison qui permet aux rayons lumineux A de sortir par la seconde surface de sortie 4. Ensuite, le rayon lumineux est absorbé par l'écran 8 si bien que le rayon lumineux A ne tombe pas sur le détecteur 9. Le rayon lumineux B arrive de l'avant sous un angle 13, c'est-à-dire dans la direction de circulation sur le pare-brise 7. Le rayon lumineux B subit également une réfraction à son passage à travers le pare-brise 7. Il peut y avoir d'autres réfractions même d'importance considérablement plus faible au passage des autres surfaces limites en- tre le pare-brise 7 et la surface d'incidence 11 de la lentille 1. Ensuite le rayon lumineux B arrive sur la première surface de sortie 3 sous un angle d'incidence supérieur à l'angle limite correspondant à la réflexion totale. Le rayon lumineux B peut ainsi sortir de la lentille 1 à travers la première surface de sortie 3. Comme le rayon lumineux B sort dans une zone de la première surface de sortie 3 non couverte par l'écran 8, le 7 rayon lumineux B atteint le détecteur 9. Le rayon lumineux B sera transformé en un signal électrique dans le détecteur 9. Le signal électrique de sortie du détecteur 9 est ensuite utilisé pour être traité dans un circuit d'exploitation. La figure 3 montre la section d'une lentille 1 et d'un pare-brise 7 d'un véhicule automobile selon un autre exemple de réalisation de l'invention. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la lentille 1 a également une forme de base cylindrique. La face frontale de la lentille 1 constitue une surface d'entrée ou surface d'incidence 11. La surface d'incidence 11 est en contact avec le côté intérieur du pare-brise 7. A l'opposé de la surface d'incidence 11, la lentille 1 comporte également deux surfaces de sortie 3 et 4. Ces surfaces peuvent être planes ou bombées selon le cas, comme cela a été décrit en liaison avec la figure 2. Au moins dans la zone de la seconde surface de sortie 4 un écran 8 sert à absorber la lumière qui tombe sur le photocapteur suivant des angles d'incidence situés au-delà de l'acceptance angulaire prédéfinie du photocapteur. L'écran 8 peut le cas échéant également couvrir des parties de la première surface de sortie 3. La lumière sortant de la première surface de sortie 3 ar- rive sur un détecteur 9 comme cela a déjà été expliqué à l'aide de la figure 2. La lumière subissant la réflexion totale sur la première surface de sortie 3, arrive ensuite également sur la seconde surface de sortie 4 pour sortir de la lentille 1 et être absorbée par l'écran 8. La lentille selon la figure 3 a une structure 10 en forme de gradins au niveau de sa seconde surface de sortie 4. La structure 10 évite la réflexion totale de la lumière sur la seconde surface de sortie 4. Cela est présenté à titre d'exemple à l'aide d'un rayon lumineux A qui tombe sur le pare-brise 7 et après réfraction à travers le pare-brise 7, il arrive sur la seconde surface de sortie 4. Le rayon lumineux A arrive alors sur la surface latérale de la structure 10 en forme de gradins si bien que le rayon lumineux peut sortir du corps 1 de la lentille. Ensuite le rayon lumineux A est absorbé dans la zone de l'écran 8 qui a une forme complémentaire à celle de la structure 10. Dans ces conditions le rayon lumineux A ne peut pas arriver sur le détecteur 9. Un exemple de réalisation de la figure 3 correspond à un photocapteur dont 8 l'acceptance angulaire a un pouvoir séparateur plus important que celui du mode de réalisation de la figure 2. Il sera évident pour l'homme du métier de ne pas limiter l'invention aux exemples de réalisation représentés. Il pourra effectuer des modifications et envisager des variantes sans sortir du cadre de l'invention. C'est pourquoi la présente invention ne doit être considérée que comme une explication et non une limitation. lo REVENDICATIONS1 °) Photocapteur présentant une acceptance angulaire limitée, comportant une lentille (1) ayant au moins une surface d'incidence (11) et au moins une surface de sortie (3, 4) ainsi qu'au moins un détecteur (9), la lentille (1) transmet au détecteur (9) la lumière qui arrive sur la sur-face d'incidence (11) de la lentille (1) dans une plage angulaire prédéfinie et elle évite que la lumière qui arrive sur la surface d'incidence (11) de la lentille (1) en dehors de la plage angulaire prédéfinie ne tombe sur le détecteur (9), la lentille (1) a un corps de base essentiellement cylindrique dont une face frontale constitue la surface d'incidence (11) et dont l'extrémité op-posée à la surface d'incidence (11) comporte au moins une surface de sortie (3, 4), la lentille a une première surface de sortie (3) inclinée selon un premier angle par rapport à la surface d'incidence (11) et une seconde surface de sortie (4) inclinée selon second angle par rapport à la surface d'incidence (11), caractérisé en ce la ligne de coupe (5) des deux surfaces de sortie (3, 4) se situe à l'intérieur de la projection de la surface d'incidence (11). 2°) Photocapteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lumière qui arrive dans la plage angulaire prédéfinie sur la surface d'incidence (11) de la lentille (1) peut traverser la première surface de sortie (3) et la lumière qui n'arrive pas dans la plage angulaire prédéfinie sur la surface d'incidence (11) de la lentille (1) peut subir une ré-flexion totale sur la première surface de sortie (3). 3°) Photocapteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la lumière qui n'arrive pas sur la surface d'incidence (11) de la lentille (1) dans la plage angulaire prédéfinie sort par la seconde surface de sor- tie (4). 510 4°) Photocapteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un écran absorbant (8) et/ou un revêtement absorbant sont prévus derrière la seconde surface de sortie (4). 5°) Photocapteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde surface de sortie (4) a une structure (10). 10 6°) Photocapteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lumière est défocalisée par sa sortie à travers la première surface de sortie (3). 15 7°) Photocapteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première surface de sortie (3) est plane ou convexe. 8°) Photocapteur selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la seconde surface de sortie (4) est plane ou convexe. 9°) Photocapteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 la surface d'incidence (11) a une forme complémentaire à la forme du pare-brise (7) d'un véhicule automobile. 30