Brevet FR3091594A1 — publié le 20200710

Description Titre de l'invention : ACCESSOIRE DE VISION DE COUCHE SOUS PLAFOND POUR DETECTEUR INFRAROUGE Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des systèmes optiques comportant un ou plusieurs composants optiques adaptés pour réfléchir ou faire converger ou diverger un rayonnement infrarouge. [0002] L'invention vise plus particulièrement à proposer un dispositif optique simple et peu coûteux qui permette de modifier le champ de vision d'un détecteur infrarouge installé au plafond d'une pièce, dans le but d'observer la couche sous plafond de la pièce. [0003] Sous un autre de ses aspects, l'invention concerne également un accessoire optique pouvant être monté ou démonté sur un détecteur infrarouge existant, l'accessoire optique comportant un dispositif optique tel que mentionné. [0004] L'application principale visée par l'invention concerne la modification du champ de vision d'un détecteur infrarouge comprenant un capteur de résolution modérée, comportant par exemple 64x64 ou 80x80 éléments sensibles. Ce type de détecteur possède une résolution suffisante pour permettre des applications d'imagerie. [0005] Bien que décrite en référence à l'application principale, l'invention s'applique à tout type de détecteur infrarouge pour lequel existe un besoin de modifier de façon simple et peu coûteuse le champ de vision du détecteur. 100061 Par « couche sous plafond », on entend une couche située directement sous un plafond d'une pièce, et qui présente une faible épaisseur en comparaison de la hauteur de la pièce. Typiquement, une couche sous plafond présente une épaisseur de moins de 15% de la hauteur de la pièce, directement sous le plafond. Technique antérieure [0007] Plusieurs technologies peuvent être utilisées pour fabriquer des capteurs fonctionnant dans le domaine infrarouge. Ainsi, les capteurs pyroélectriques et les thermopiles sont largement utilisés pour des détecteurs de très faible résolution comportant classiquement seulement quelques éléments sensibles. Des capteurs intégrant des micro-bolomètres sont. mis en oeuvre dans des capteurs de moyenne et haute résolution pouvant servir d'imageurs. [0008] 11 existe un intérêt grandissant pour des capteurs de résolution modérée, qui permettent la mise en oeuvre de fonctions basiques d'imagerie, telle que la localisation d'une source infrarouge. [0009] De tels capteurs peuvent avoir une résolution comprise entre 16x16 pixels et 80x80 pixels et peuvent fonctionner sur la base de l'une des technologies précitées. 2 [0010] L'exécution de nombreuses fonctions des détecteurs de très faible résolution peut être améliorée par la mise en oeuvre de capteurs de résolution modérée. De plus, ce type de capteurs autorise de nouvelles applications. [0011] Une des principales applications des capteurs infrarouges existants, de type pyro- électrique, est la détection de mouvement. [0012] C'est le principe mis en oeuvre par exemple par les détecteurs anti-intrusion, qui sont installés dans un grand nombre de bâtiments. Un système d'alarme anti-intrusion repose typiquement sur un capteur pyroélectrique comportant deux ou quatre éléments sensibles associés à un dispositif optique simple et bon marché définissant le champ de vision du détecteur. Ce dispositif optique peut notamment être une matrice de lentille de Fresnel réalisée en polyéthylène ou un ensemble de miroirs réalisés chacun à partir d'un substrat en plastique, tel que du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou du polycarbonate (PC), métallisé au moins sur sa surface fonctionnelle. [0013] Un détecteur anti-intrusion de cc type est qualifié de détecteur passif car il n'émet aucun rayonnement. [0014] Le fonctionnement d'un détecteur anti-intrusion repose sur l'observation d'une variation simultanée du flux infrarouge ambiant reçu par tous les éléments sensibles du capteur. [0015] Plusieurs configurations de détecteur anti-intrusion sont possibles : une installation au plafond, auquel cas le champ de vision est de 360° en azimut et typiquement de l'ordre d'environ 45° en élévation, de part et d'autre de la verticale, ou une installation murale, auquel cas le champ de vision du détecteur peut être déterminé en fonction de la configuration des murs de la pièce dans laquelle il est installé. [0016] Les détecteurs d'occupation, qui contrôlent usuellement l'allumage automatique d'un éclairage, sont semblables aux détecteurs anti-intrusion dans leur fonctionnement. [0017] Il existe également, pour des alarmes anti-incendie, des détecteurs dits thermo- vélocimétriques, sensibles à une augmentation anormale de la température des parois d'une pièce qui caractérise la présence d'un foyer de chaleur. [0018] Bien que fiables, ces détecteurs sont limités en ce qu'ils ne permettent pas la loca- lisation du foyer de chaleur. [0019] De plus, un intérêt grandissant pour des applications de comptage de personnes ou de gestion de files d'attente peut être constaté, par exemple pour des raisons de sécurité ou de gestion d'espace. Dans ce cadre, la société Irisys a développé un capteur pyroélectrique de résolution 16x16 pixels. Ce capteur, qui peut par exemple être installé au-dessus d'une file d'attente d'un magasin, est associé à une lentille en germanium ou en verre de chalcogénure qui permet d'obtenir un champ de vision ayant un angle limité, de l'ordre de 50° à 600. La résolution du capteur, bien que relativement faible, est néanmoins suffisante pour obtenir une bonne approximation du nombre de personnes 3 et de leur localisation dans la file d'attente. [0020] La figure 1 représente de manière schématique un détecteur infrarouge 1 comportant un imageur de résolution modérée destiné à être agencé sur un plafond. Le rayonnement infrarouge entre dans le détecteur à travers le système optique 2, qui comporte notamment une lentille d'entrée et un capteur infrarouge. [0021] L'angle n du champ de vision d'un tel détecteur est classiquement compris entre 70° et 90°. [0022] Dans un grand nombre d'applications pratiques, les différents types de détecteurs précités sont installés sur le plafond d'une pièce. [0023] Or, les inventeurs ont déterminé qu'il existait un intérêt à surveiller la couche sous plafond d'une pièce. [0024] En effet, la couche sous plafond joue un rôle primordial pour le confort d'un lieu de vie. Il s'agit notamment de la couche limite de la convection, où une accumulation de chaleur peut avoir lieu, notamment en été. [0025] D'autre part, des points froids peuvent y apparaître par exemple lorsque des fenêtres sont ouvertes par temps hivernal. Autrement dit, la surveillance de la couche sous plafond produit des informations importantes pour la gestion du confort thermique d'une pièce. [0026] Par ailleurs, la surveillance de la couche sous plafond améliore la sécurité dans le cadre de la prévention ou de la détection d'un départ de feu. Elle permet en effet d'observer la thermo-vélocimétrie des parois, c'est-à-dire la vitesse de changement de température des parois, et donc de détecter une montée anormale de leur température caractéristique d'une situation de pré-incendie. De plus, l'accumulation de fumée chaude dans la couche sous plafond en cas d'incendie peut également être détectée. [0027] Par rapport aux solutions existantes de détecteurs anti-incendie dont le champ de vision est dirigé vers le sol d'une pièce, un détecteur anti-incendie observant la couche sous plafond a pour avantage de ne pas pouvoir déclencher une alarme sur la base d'un faux signal issu par exemple des occupants de la pièce ou d'objets chauds que ceux-ci sont susceptibles de manipuler. [0028] 11 existe donc un intérêt pour une fonctionnalité de surveillance infrarouge de couche sous plafond. [0029] 11 existe par ailleurs de nombreux détecteurs infrarouges, d'ores et déjà installés sur un plafond d'une pièce, mais dont le champ de vision est orienté vers le sol de la pièce. [0030] Par conséquent, il existe un besoin pour une solution permettant de modifier le champ de vision des détecteurs existants afin de surveiller la couche sous plafond. [0031] Le but de l'invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Exposé de l'invention [0032] Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif optique, destiné à être agencé sur un détecteur muni d'un capteur infrarouge pour modifier le champ de vision du détecteur, comportant : [0033] - un miroir primaire de forme générale tronconique, comportant en son centre une ouverture circulaire, [0034] - un miroir secondaire de forme générale conique, [0035] - au moins un moyen de liaison pour lier le miroir primaire et le miroir secondaire, de telle sorte que la surface réfléchissante du miroir primaire est agencée en regard de la surface réfléchissante du miroir secondaire, [0036] les miroirs primaire et secondaire étant adaptés pour réfléchir des rayonnements dans l' infrarouge ; et [0037] les miroirs primaire et secondaire étant configurés pour définir le champ de vision du dispositif, pour former un système afocal et pour former une image continue de la périphérie du dispositif, le centre de l'image étant masqué par le miroir secondaire. [0038] Dans le contexte de l'invention, on entend par « périphérie du dispositif » l'ensemble des directions sensiblement perpendiculaires à l'axe de symétrie du cône du miroir primaire, délimitant une vue panoramique. [0039] Ainsi, l'invention consiste essentiellement en l'utilisation de deux miroirs coniques, le miroir primaire recueillant le rayonnement infrarouge en provenance de la couche sous plafond autour du dispositif pour le renvoyer sur le miroir secondaire, qui à son tour le réfléchit au capteur du détecteur infrarouge. [0040] Les surfaces réfléchissantes des miroirs sont configurées pour remplir cette fonction. [0041] De manière avantageuse, l'image obtenue par le dispositif optique selon l'invention comporte un masquage central: en effet, la présence du miroir secondaire en regard de l'ouverture centrale du miroir primaire a pour conséquence de bloquer le rayonnement infrarouge en provenance du sol, lorsque le dispositif est agencé sur un détecteur installé sur le plafond d'une pièce. [0042] Le capteur ne reçoit donc que les signaux issus de la couche sous plafond : le sol et les occupants éventuels de la pièce sont complètement masqués. [0043] L'utilisation de miroirs permet d'une part d'éviter l'utilisation de lentilles in- frarouges, coûteuses, et d'autre part d'obtenir une optique réflective afocale évitant ainsi des réglages de mise au point. [0044] En outre, des corrections asphériques de l'image peuvent avantageusement être obtenues. [0045] Grâce à l'invention, on obtient donc un dispositif optique infrarouge simple, peu coûteux et permettant de modifier le champ de vision d'un détecteur et de procurer une image de la périphérie du dispositif (qui peut être une couche sous plafond) nette, corrigée et avec masquage du sol. 100461 De préférence, l'angle du champ de vision est compris entre 5° et 10°. Ainsi, le champ de vision s'ouvre sur la couche sous plafond : c'est uniquement le rayonnement infrarouge en provenance de la couche sous plafond qui est transmis au détecteur, et ce sur toute la périphérie du dispositif, c'est-à-dire sur 360° en azimut. [0047] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif est constitué d'une seule pièce en matière plastique moulée par injection, tel que polyméhtylacrylate de méthyle (PMMA) ou du polycarbonate (PC), au moins les surfaces du miroir primaire et du miroir secondaire étant métallisées. [0048] De manière préférentielle, le diamètre maximal du miroir primaire est inférieur à 1010 mm, de préférence inférieur à 70 mm, et la hauteur du dispositif dans la direction de l'axe du cône définissant la surface réfléchissante est inférieure à 40 mm, de préférence inférieure à 30 mm. [0049] L'invention concerne également un détecteur infrarouge comprenant un dispositif optique tel que décrit précédemment, le dispositif étant agencé de manière à former l'image sur le capteur infrarouge du détecteur. [0050] L'invention porte sur l'utilisation de cc détecteur infrarouge pour détecter une accu- mulation de chaleur ou un point froid dans la couche sous plafond d'une pièce. Elle porte également sur l'utilisation de ce détecteur infrarouge pour détecter une accumulation de fumées chaudes dans la couche sous plafond ou une évolution anormale de la température des parois d'une pièce au niveau de la couche sous plafond. [0051] L'invention concerne enfin un accessoire optique destiné à être agencé sur un détecteur infrarouge, comportant un dispositif optique tel que décrit précédemment et un mécanisme d'accroche du dispositif optique sur le détecteur infrarouge. Brève description des dessins [0052] [fig.1] est une vue schématique de profil d'un détecteur infrarouge selon l'état de l'art ; [0053] [fig.2] est une vue schématique d'un dispositif optique selon l'invention ; [0054] [fig.3] est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif optique selon l'invention dans und vue en coupe ; [0055] [fig.4] est une vue schématique d'un dispositif optique selon l'invention agencé sur un détecteur infrarouge selon l'état de l'art ; [0056] [fig.5] est une vue de côté d'un dispositif optique selon l'invention agencé sur un détecteur infrarouge selon l'état de l'art ; [0057] [fig.6] est une image obtenue par un détecteur infrarouge selon l'état de l'art ; [0058] [fig.7] est une simulation de l'image obtenue par un détecteur infrarouge selon l'état de l'ait sur lequel est agencé un dispositif optique selon l'invention. Description détaillée 6 [0059] Dans l'ensemble de la présente demande, les ternies « vertical », « inférieur », « supérieur », « bas », « haut », « dessous » et « dessus » sont à comprendre par référence par rapport à un détecteur infrarouge en configuration de fonctionnement installé sur un plafond et faisant face au sol. Ainsi, dans une configuration de fonctionnement, le capteur du détecteur infrarouge fait face au sol dans la direction verticale. [0060] La figure 1 a déjà été décrite en préambule et n'est donc pas commentée ci-après. [0061] On décrit maintenant, en référence aux figures 2 à 5, un dispositif optique selon l' invention. [0062] Le dispositif optique 10 comporte un miroir primaire 11, un miroir secondaire 12 et des moyens de liaison 13 pour lier le miroir primaire et le miroir. [0063] Dans le mode dc réalisation illustré, les moyens dc liaison 13 sont des moyens de liaison rigides, constitués par quatre supports de forme allongée, répartis équiangulairement, chacun attaché par une de leurs extrémités au miroir primaire et par l'autre extrémité au miroir secondaire. [0064] La hauteur du dispositif optique, c'est-à-dire sa dimension selon la direction verticale, peut être typiquement de l'ordre de 25 mm. [0065] Le miroir primaire comporte une ouverture centrale 14 ainsi qu'une surface réflé- chissante 15. [0066] Typiquement, le diamètre du miroir primaire peut être de l'ordre de 60 mm. [0067] Le miroir secondaire comporte une surface réfléchissante 16. La surface réflé- chissante 16 du miroir secondaire est agencée en regard de l'ouverture centrale 14 du miroir primaire. [0068] Ainsi, du point de vue du capteur, le miroir secondaire 12 masque le sol, et seul le rayonnement réfléchi par le miroir secondaire pénètre dans l'ouverture centrale 14 pour atteindre le système optique 2 du détecteur 1. [0069] Comme cela apparaît plus clairement en figure 3 qui montre les tracés optiques de rayons infrarouges en provenance de la couche sous plafond, les surfaces réfléchissantes 15, 16 des miroirs primaire et secondaire sont de forme tronconique et conique respectivement, et sont configurées pour transmettre au système optique 2 du détecteur les rayons en provenance de la couche sous plafond. [0070] Le profil tronconique du miroir primaire est tel que les rayons incidents en provenance de la couche sous plafond sont renvoyés sur le miroir secondaire, dont le profil est adapté pour réfléchir les rayons sur le système optique 2 du détecteur 1. [0071] Le champ de vision du dispositif s'étend en continu sur 360° autour de la verticale et possède un angle de champ a sur la couche sous plafond compris entre 5° et 10°, comme plus particulièrement visible en figure 5. [0072] Les miroirs sont configurés de sorte que l'image formée sur le capteur soit nette, avec 7 des corrections asphériques. [0073] De manière avantageuse, les deux miroirs forment un dispositif afocal. [0074] Le dispositif optique 10 est de préférence réalisé en un une seule pièce en matière plastique moulée par injection, tel que du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou du polycarbonate (PC). Toute la pièce, ou a minima les surfaces réfléchissantes des miroirs, sont ensuite métallisées, afin de pouvoir réfléchir un rayonnement infrarouge incident. [0075] Les figures 4 et 5 représentent schématiquement un dispositif optique 10 selon l'invention agencé sur un détecteur infrarouge 1. [0076] De manière avantageuse, le système optique 2 du détecteur ne nécessite aucune mo- dification et aucune connexion électrique n'est nécessaire pour agencer le dispositif optique 10 sur le détecteur 1. [0077] Afin de fixer le dispositif optique 10 au détecteur 1, un mécanisme d'accroche peut être prévu. Ce mécanisme peut par exemple comporter un dôme hémisphérique semitransparent en polyéthylène (PE) de faible épaisseur, typiquement proche de 0,5 mm pour transmettre efficacement le rayonnement infrarouge. Le miroir secondaire est solidaire de la face interne du dôme et ce dernier est rattaché à la hase du détecteur, recouvrant ainsi le dispositif. [0078] La figure 6 est une image obtenue par un détecteur infrarouge selon l'état de l'art. Le champ de vision du détecteur est dirigé vers le sol de la pièce, et son angle n ne dépasse pas 90°. [0079] La figure 7 montre pour comparaison le résultat d'une simulation informatique re- produisant l'effet obtenu par la mise en place d'un dispositif optique selon l'invention sur le détecteur infrarouge utilisé pour l'obtention de l'image de la figure 6. [0080] On constate que le champ de vision du détecteur est modifié et permet l'observation de la couche sous plafond. Un masquage total du sol au centre de l'image est obtenu, car le miroir secondaire bloque le champ de vision du détecteur en direction du sol. [0081] Dans le cas d'un détecteur anti-incendie, ce masquage central permet d'éviter tout risque de déclenchement intempestif de l'alarme par un faux signal provoqué par exemple par un occupant de la pièce ou un objet que celui-ci manipule (tasse de café par exemple). [0082] Ainsi, grâce à l'invention, un dispositif optique simple, compact et ne comportant pas de lentilles peut être utilisé pour modifier le champ de vision d'un détecteur infrarouge afin d'observer la couche sous plafond. [0083] Il peut notamment s'agir d'un accessoire que l'on monte sur un détecteur existant. L'installation d'un dispositif optique sur un détecteur existant est aisée : en effet, la lentille d'origine du détecteur est toujours utilisable, aucune connexion électrique n'est nécessaire et le positionnement du dispositif optique ne requiert pas une précision im- 8 portante. [0084] L'invention peut être mise en oeuvre pour remplir une fonction d'alarme incendie. En effet, la surveillance infrarouge de la couche sous plafond permet la détection de fumées chaudes. Elle permet également d'observer la thenno-vélocimétrie des parois d'une pièce, c'est-à-dire la vitesse d'élévation de leur température, susceptible d'indiquer une situation de pré-incendie. [0085] L'invention peut aussi être mise en oeuvre dans le but d'améliorer le confort thermique d'une pièce : la surveillance infrarouge de la couche sous plafond peut indiquer une accumulation de chaleur ou permet de détecter une fenêtre restée ouverte lorsque les conditions climatiques extérieures sont hivernales. [0086] D'autres variantes et avantages de l'invention peuvent être réalisés sans pour autant sortir du cadre de l'invention. L'invention n'est ainsi pas limitée aux exemples décrits précédemment. [0087] Bien que décrite en référence à l'application principale visée, à savoir modifier le champ de vision d'un détecteur infrarouge installé au plafond d'une pièce, l'invention est également applicable à tout domaine dans lequel il est avantageux de modifier le champ de vision d'un appareil de vision infrarouge avec un dispositif optique simple et peu coûteux pour obtenir un champ de vision périscopique. [0088] Ainsi, le dispositif optique décrit peut aussi être utilisé dans le domaine automobile et des transports. 9