Brevet FR3044505A1 — publié le 20170602

L'invention concerne un module caméra, en particulier pour un engin volant motorisé tel qu'un drone et en particulier un engin volant motorisé comprenant un tel module caméra. L'AR.Drone 2.0, le Bebop Drone, le Bebop 2 de Parrot SA, Paris, France ou l'eBee de SenseFly SA, Suisse, sont des exemples typiques d'engins volants motorisés, en particulier des drones. Ils sont équipés d'une série de capteurs (accéléromètres, gyromètres 3 axes, altimètre) et d'au moins un module caméra frontal. Ce module caméra est par exemple à visée frontale. Ces drones sont pourvus d'un moteur ou de plusieurs rotors entrainés par des moteurs respectifs aptes à être commandés de manière différenciée afin de piloter le drone en attitude et en vitesse. Le module caméra frontal est notamment utilisé pour un pilotage en "mode immersif' ou FPV (First-Person View), c'est-à-dire où l'utilisateur se sert de l'image de la caméra de la même façon que s'il se trouvait lui- même à bord du drone. Il peut également servir à capter des séquences d'images d'une scène vers laquelle se dirige le drone. L'utilisateur peut ainsi se servir du drone de la même façon que d'une caméra ou d'un caméscope qui, au lieu d'être tenu à la main, serait porté par le drone. Les images recueillies peuvent être enregistrées, diffusées, mises en ligne sur des sites web, envoyées à d'autres internautes, partagées sur des ré- seaux sociaux, etc. Un tel usage du module caméra entraine une génération d'énergie thermique, notamment du capteur d'image. En effet, une utilisation prolongée du module caméra, notamment lors d'un pilotage du drone en « mode immersif » impose un fonctionnement en continu du module caméra, et provoquant un échauffement du capteur d'image. La génération d'énergie thermique du capteur d'image, si elle n'est pas évacuée, entraîne des dis-fonctionnements du capteur d'image, voire un arrêt du fonctionnement du capteur d'image. En outre, la variation de température du capteur d'image entraîne à tout le moins une variation de la longueur focale et une baisse de la qualité d'image. Il est connu un module caméra 1 tel qu'illustré en figure 1, comprenant un capteur d'image 2 apte à capter un signal optique et de le convertir en un signal électrique, une lentille positionnée au-dessus du capteur d'image (non illustrée) et un circuit imprimé 3 (« Printed Circuit Board » ou PCB en 3044505 2 terminologie anglo-saxonne) sur lequel est positionné le capteur d'image, ce dernier étant relié électriquement au circuit imprimé par des fils de liaison 4. Le module caméra de la figure 1 présente l'inconvénient notamment de 5 ne pas être optimisé en taille ce qui présente des inconvénients lors de l'intégration de celui-ci dans un drone. En outre, un usage intensif du module caméra entraine une surchauffe du capteur d'image provoquant un disfonctionnement de celui-ci. Il est connu également du document US 8,605,210, un module optique 5 10 pour un téléphone cellulaire tel qu'illustré en figure 2. Ce module optique 5 comprend un circuit imprimé 6 dans lequel une ouverture 7 est réalisée afin d'insérer un capteur d'image 8 dans l'épaisseur du circuit imprimé 6. L'ouverture créée dans le circuit imprimé est fermée par une plaque support 9. 15 Le document US 8,605,210 mentionne que la plaque support 9 assure un transfert et la dissipation de l'énergie thermique générée. Toutefois, une telle plaque est insuffisante pour dissiper l'énergie thermique générée. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients, en proposant une solution permettant de maintenir un bon fonctionnement du 20 module caméra lors d'un usage intensif, par exemple durant toute la du- rée d'un vol du drone, tout en optimisant les coûts de fabrication d'un tel module. A cet effet, l'invention propose un module caméra, en particulier pour un engin volant motorisé tel qu'un drone, comprenant 25 - un capteur d'image ayant une face supérieure sensible à la lu- mière pour capturer les signaux optiques, - un circuit imprimé ayant une ouverture traversant dans laquelle est positionné le capteur d'image, le circuit imprimé étant électriquement connecté au capteur d'image, 30 un dispositif de refroidissement apte à dissiper l'énergie ther- mique générée par le capteur d'image. De façon caractéristique, le dispositif de refroidissement comprend une cavité apte à recevoir une partie du capteur d'image. Selon diverses caractéristiques subsidiaires : 35 - la cavité dudit dispositif de refroidissement est apte à recevoir 3044505 3 au moins 10% de la hauteur du capteur d'image. le dispositif de refroidissement ferme l'ouverture du circuit imprimé. - le dispositif de refroidissement est en métal ou en céramique. 5 - la face supérieure du capteur d'image est positionnée substan- tiellement à la même hauteur que la face supérieure du circuit imprimé. - le module caméra comprend en outre un support d'optique et au moins une lentille. 10 L'invention propose également un engin volant motorisé en particulier un drone, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module caméra tel que décrit précédemment. 0 15 On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, en référence aux dessins annexés. La figure 1 illustre une conception connue d'un module caméra. La figure 2 illustre une autre conception connue d'un module caméra. 20 La figure 3 est une vue d'ensemble montrant le drone et le dispositif de pilotage associé permettant son pilotage La figure 4 est une vue en coupe de la structure du module caméra conformément à l'invention. La figure 5 est une vue détaillée des différents éléments de la structure du 25 module caméra conformément à l'invention. 0 Nous allons maintenant décrire un exemple de réalisation de l'invention. 30 Sur la figure 1, la référence 10 désigne de façon générale un drone. Selon l'exemple illustré en Figure 1, il s'agit d'un drone de type quadricoptère tel que le modèle Bebop Drone de Parrot SA, Paris, France. Le drone quadricoptère comporte quatre hélices coplanaires 12 dont les blocs propulseurs sont pilotés indépendamment par un système intégré 3044505 4 de navigation et de contrôle d'attitude. Pour cela, le drone quadricoptère est équipé de quatre blocs propulseurs munis chacun d'hélice 12. L'invention s'applique également à un drone de type aile volante tel que l'eBee de SenseFly, SA, Suisse. 5 Le drone 10 comporte également un module caméra à visée frontale 14 permettant d'obtenir une image de la scène vers laquelle est dirigé le drone. Le drone comporte également un module caméra à visée verticale (non représentée) pointant vers le bas, apte à capter des images successives ou une vidéo du terrain survolé et utilisé notamment pour évaluer la 10 vitesse du drone par rapport au sol. Le drone 10 est piloté par un dispositif de pilotage 16 distant tel qu'un téléphone ou une tablette multimédia à écran tactile et accéléromètres intégrés, par exemple un téléphone cellulaire de type iPhone (marque déposée) ou autre, ou une tablette de type iPad (marque déposée) ou autre. Il 15 s'agit d'un appareil standard, non modifié si ce n'est le chargement d'un logiciel applicatif spécifique pour contrôler le pilotage du drone 10. Selon ce mode de réalisation, l'utilisateur contrôle en temps réel le déplacement du drone 10 via le dispositif de pilotage 16. Le dispositif de pilotage distant 16 est un appareil pourvu d'un écran tac- 20 tile 18 affichant l'image captée en continu par le module caméra embar- qué 14 du drone 10, avec en superposition un certain nombre de symboles permettant l'activation de commandes par simple contact du doigt 20 d'un utilisateur sur l'écran tactile 18. Le dispositif de pilotage 16 communique avec le drone 10 via un échange 25 bidirectionnel de données par liaison sans fil de type réseau local Wi-Fi (IEEE 802.11) ou Bluetooth (marques déposées) : du drone 10 vers le dispositif de pilotage 16 notamment pour la transmission de l'image captée par le module caméra, et du dispositif de pilotage 16 vers le drone 10 pour l'envoi de commandes de pilotage. 30 Le module caméra 14 conformément à l'invention est maintenant illustré en référence aux figures 4 et 5. Le module caméra 14 comprend un capteur d'image 22 ayant une face supérieure 24 sensible à la lumière pour capturer les signaux optiques, un circuit imprimé 26 ayant une face supérieure 28 et une face inférieure 30 35 et un dispositif de refroidissement 32 apte à dissiper l'énergie thermique 3044505 5 générée par le capteur d'image 22. Le module caméra 14 comprend en outre un support d'optique 34 et au moins une lentille 36. Le circuit imprimé 26 comprend une ouverture 38 traversant dans laquelle 5 est positionné le capteur d'image 22. Le capteur d'image est électrique- ment connecté au circuit imprimé. Le circuit imprimé 26 peut être rigide ou flexible et peut être monocouche ou multicouches c'est-à-dire comprendre plusieurs circuits imprimés. Selon un exemple de réalisation, le circuit imprimé 26 a une épaisseur 10 comprise entre 0,1 mm et 0,6 mm. Le circuit imprimé 26 est par exemple, apte à traiter les signaux électriques reçus du capteur d'image 22 en vue de leur transmission, notamment au dispositif de pilotage de l'utilisateur du drone. Le dispositif de refroidissement 32 est positionné sur la face inférieure 30 15 du circuit imprimé. Conformément à l'invention, le dispositif de refroidissement 32 comprend une cavité 40 apte à recevoir une partie du capteur d'image, notamment la partie inférieure du capteur d'image tel qu'illustré en figure 4. Ainsi, le capteur d'image 22 est positionnée en partie dans l'épaisseur du circuit 20 imprimé 26 et en partie dans le dispositif de refroidissement 32. Le dispositif de refroidissement 32 venant en contact de la partie inférieure du capteur d'image ainsi que sur les différents côtés du capteur d'image, celui-ci absorbe et dissipe l'énergie thermique générée par le capteur d'image de manière efficace. 25 Le dispositif de refroidissement 32 est selon un mode de réalisation parti- culier une plaque comprenant ladite cavité, la plaque a par exemple une épaisseur supérieure à 0,5 mm afin d'assurer un bon refroidissement et une meilleure planéité du module caméra. Le dispositif de refroidissement 32 est réalisé notamment en céramique 30 ou en métal. Dans le cas d'un dispositif de refroidissement en métal, celui- ci est réalisé à partir d'une fine feuille d'acier soudable. Cette fine feuille d'acier est en général laminée à froid permettant de garantir une très bonne planéité, un équerrage minimum et une meilleure stabilité en termes de dilatation et de cambrage lors des variations thermiques. 3044505 6 Selon un mode de réalisation particulier, la cavité 40 dudit dispositif de refroidissement 32 est apte à recevoir au moins 10% de la hauteur du capteur d'image, et avantageusement au moins 20%. En d'autres termes, la profondeur de la cavité dudit dispositif de refroidissement est d'au 5 moins 10% de la hauteur du capteur d'image et avantageusement de 20%. Selon un mode de réalisation particulier, le circuit imprimé 26 a une épaisseur de 0,2 mm, le capteur d'image 22 a une épaisseur de 0,6 mm et le dispositif de refroidissement 32 a une épaisseur de 0,5 mm au moins 10 sous le capteur d'image et de 0,9 mm au moins en dehors de la cavité. Le dispositif de refroidissement 32 est par exemple maintenu en contact avec la partie inférieure 30 du circuit imprimé. Par exemple, le dispositif de refroidissement est collé au circuit imprimé. Selon le mode particulier illustré en figure 1, le dispositif de refroidisse- 15 ment vient fermer l'ouverture 38 du circuit imprimé. De manière alternative et selon un exemple non illustré, un espace est créé entre le dispositif de refroidissement et le circuit imprimé de manière à laisser passer un flux d'air. Le capteur d'image 22 est maintenu dans la cavité 40 du dispositif de re- 20 froidissement au moyen d'un adhésif, par exemple un adhésif spécifique au maintien de puces électroniques à débit élevé. Cet adhésif est conçu pour minimiser le stress et le gauchissement résultant entre des surfaces inégales. En outre, cet adhésif est électriquement non conductible. Des exemples d'un tel adhésif sont : ABLEBOND 2035SC ou ABLEBOND 25 2030SC de la marque Henkel (marques déposées). Le capteur d'image 22 est électriquement connecté aux circuits électriques du circuit imprimé 26, notamment par exemple au moins de micro-fils de liaison électrique 42 soudés d'un côté sur le capteur d'image et de l'autre côté sur le circuit imprimé. 30 Selon un mode de réalisation particulier, la face supérieure 24 du capteur d'image est positionnée substantiellement à la même hauteur que la face supérieure 28 du circuit imprimé. En d'autres termes, la face supérieure du capteur d'image est positionnée substantiellement sur le même plan que la face supérieure du circuit imprimé. De la sorte, la conception est 35 simplifiée et la quantité de fils de liaison utilisée pour relier le capteur 3044505 7 d'image au circuit imprimé est réduite. Un tel module camera est apte à équiper un engin volant motorisé tel qu'un drone et sa conception permet une évacuation de l'énergie thermique générée par le capteur d'image et donc permet à l'utilisateur du 5 drone de recevoir des images de très bonne qualité captées durant le vol du drone. En outre, une telle conception permet de prolonger la durée de vie du module caméra en évitant les variations thermiques du module caméra. Enfin, la structure du module caméra conformément à l'invention est de fabrication aisée. 10 REVENDICATIONS1. Module caméra (14), en particulier pour un engin volant motorisé tel qu'un drone, comprenant un capteur d'image (22) ayant une face supérieure (24) sensible à la lumière pour capturer les signaux optiques, - un circuit imprimé (26) ayant une ouverture (38) traversant dans laquelle est positionné le capteur d'image, le circuit imprimé étant électriquement connecté au capteur d'image, - un dispositif de refroidissement (32) apte à dissiper l'énergie thermique générée par le capteur d'image, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comprend une cavité (40) apte à recevoir une partie du capteur d'image. 2. Module caméra selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cavité dudit dispositif de refroidissement est apte à rece- voir au moins 10% de la hauteur du capteur d'image. 3. Module caméra selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement ferme l'ouverture du circuit imprimé. 4. Module caméra selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement est en métal ou en céramique. 5. Module caméra selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la face supérieure du capteur d'image est positionnée substantiellement à la même hauteur que la face supérieure du circuit imprimé. 6. Module caméra selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le module caméra comprend en outre un support d'optique et au moins une lentille. 3044505 g 7. Engin volant motorisé (10), en particulier un drone, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module caméra (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 5