Brevet FR3113952A1 — publié le 20220311

TITRE : Capteur lidar à plage de saisie augmentée Capteur lidar (1) comportant un boîtier (2) muni d’une fenêtre (3), d’une unité d’émission et de réception (4) de lumière laser installée de manière fixe dans le boîtier (2) ainsi qu’un dispositif de miroir (5) monté rotatif sur le boîtier (2), pour dévier le chemin optique (100) entre l’unité d’émission et réception (4) dans différentes premières directions (100) directement à travers la fenêtre (3). Le boîtier (2) comporte en position fixe une unité de miroirs supplémentaires (6) de façon à pouvoir dévier le chemin optique (100) entre le dispositif de miroir (5) et l’unité de miroirs supplémentaires (6) et à partir de celle-ci dans différentes secondes directions (100) à travers la fenêtre (3). Figure 1 Capteur lidar à plage de saisie augmentée DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention se rapporte à un capteur lidar, notamment à un capteur lidar mesurant par rotation. ETAT DE LA TECHNIQUE Selon l’état de la technique, on connaît différents types de capteurs lidar rotatifs. On peut, d’une part, installer l’ensemble d’une unité d’émission et de réception sur un rotor pour émettre le faisceau lumineux dans différentes directions et le recevoir dans différentes directions. Mais de tels systèmes ont l’inconvénient que les passages des lignes d’alimentation en énergie et des lignes de transmission de données sont difficiles à cause de la rotation de l’unité d’émission et de réception. Il est également difficile de refroidir l’unité d’émission et de réception. C’est pourquoi, selon l’état de la technique, les capteurs lidar ont un miroir rotatif, et les unités d’émission et de réception alors installées de manière fixe, ce qui évite les difficultés évoquées ci-dessus. La plage de saisie d’un tel capteur lidar est ainsi prédéfinie par le montage et la réalisation du miroir rotatif. BUT DE L’INVENTION La présente invention a pour but de développer un capteur lidar ayant une plage de saisie plus grande tout en évitant les plages mortes dans la phase de mesure. EXPOSE ET AVANTAGES DE L’INVENTION Ainsi, l’invention a pour objet un capteur lidar comportant un boîtier muni d’une fenêtre, d’une unité d’émission et de réception installée de manière fixe dans le boîtier pour émettre et recevoir la lumière laser ainsi qu’un dispositif de miroir monté rotatif sur le boîtier pour dévier le chemin optique entre l’unité d’émission et de réception dans différentes premières directions directement à travers la fenêtre, le boîtier comportant en position fixe, une unité de miroirs supplémentaires de façon que le chemin optique puisse être dévié dans différentes secondes directions à travers la fenêtre entre le dispositif de miroir et l’unité de miroir supplémentaire et à partir de l’unité de miroir supplémentaire. Ainsi, le capteur lidar selon l’invention offre une plage de saisie plus importante, évitant les zones mortes dans la phase de mesure. Selon l’invention, une unité de miroirs supplémentaires permet de faire une mesure même lorsque le dispositif de miroir rotatif ne dirige pas la zone de vision dans l’environnement. En d’autres termes, l’unité de miroirs supplémentaires évite des cas ou du moins, réduit les cas dans lesquels la plage de visibilité de l’unité d’émission et de réception est dirigée vers une partie du boîtier du capteur lidar et non vers l’environnement par le dispositif de miroir rotatif. On augmente ainsi la plage de saisie qui permet soit d’augmenter la plage de visibilité spatiale du capteur lidar, soit de détecter plusieurs fois une certaine plage, c’est-à-dire avec un taux de détection plus élevé. Le capteur lidar comporte un boîtier muni d’une fenêtre. Une unité d’émission et de réception est installée de manière fixe dans le boîtier de sorte qu’il n’y a pas de mouvement relatif entre le boîtier et l’unité d’émission et de réception. L’unité d’émission et de réception permet d’émettre et de recevoir le faisceau laser. Le boîtier comporte en outre un dispositif de miroir monté rotatif. Le dispositif de miroir peut ainsi tourner par rapport au boîtier. Cela permet ainsi la rotation par rapport à l’unité d’émission et de réception installée de manière fixe dans le boîtier. Le chemin optique de l’unité d’émission et de réception est orienté vers le dispositif de miroir qui dévie le chemin optique dans différentes premières directions, directement à travers la fenêtre. Cela permet au capteur lidar de faire des mesures dans des premières directions pour saisir ainsi une plage de vision dans l’espace. Les mesures sont notamment des mesures de temps de vol, c’est-à-dire de temps de parcours d’un signal laser émis, réfléchi et reçu de nouveau. Le temps de parcours permet de déterminer la distance d’un objet dans l’environnement du capteur lidar. Le dispositif de miroir rotatif balaye par le chemin optique dévié, une zone prédéfinie par la disposition du dispositif de miroir. Cette zone balayée correspond aux premières directions ci-dessus. Toutes les premières directions partant du dispositif de miroir traversent directement la fenêtre. Le terme "directement" signifie qu’il n’y a pas d’autre déviation entre le dispositif de miroir et la fenêtre. Lorsque le dispositif de miroir est dans une direction de renvoi dans laquelle le chemin optique n’est pas dévié dans l’une des premières directions, il ne peut traverser la fenêtre et la zone de vision de l’unité d’émission et de réception est ainsi orientée, sur une partie du boîtier. Dans ce cas, il y a une zone morte dans laquelle le capteur lidar ne peut pas mesurer. Pour minimiser cette zone morte, le boîtier comporte, de manière fixe, une unité de miroirs supplémentaires. On évite ainsi un mouvement relatif entre le boîtier et l’unité de miroirs supplémentaires. De façon particulièrement avantageuse, le dispositif de miroir constitue ainsi l’unique élément mobile. L’unité de miroir supplémentaire est installée pour dévier le chemin optique entre le dispositif de miroir et l’unité de miroirs supplémentaires. Après l’unité de miroir supplémentaire, la déviation se fait dans différentes secondes directions pour traverser la fenêtre. A la place du chemin optique dirigé par le dispositif de miroir sur une partie du boîtier, on a ainsi, de façon préférentielle, une déviation sur l’unité de miroirs supplémentaires, ce qui permet de toujours traverser la fenêtre. Le dispositif de miroir peut ainsi effectuer un mouvement de rotation, minimisant la zone morte au cours de ce mouvement de rotation, c’est-à-dire les plages dans lesquelles le chemin optique avec ou sans déviation supplémentaire ne pourrait passer par la fenêtre. Le capteur lidar est ainsi disponible plus longtemps pour les mesures à chaque rotation du dispositif de miroir. Cette augmentation de la durée agrandit la plage de saisie dans l’espace par le capteur lidar et/ou permet de détecter plusieurs fois une partie de la zone de saisie du capteur lidar. Le capteur lidar améliore ainsi la mesure. De façon préférentielle, pendant une rotation, le dispositif de miroir parcourt une première plage angulaire et une seconde plage angulaire. Au cours de la première plage angulaire, le chemin optique est directement dévié par le dispositif de miroir et traverse la fenêtre alors que dans la seconde plage angulaire, le chemin optique est dévié sur l’unité de miroirs supplémentaires. En d’autres termes, le chemin optique est dévié dans des premières directions pour traverser la fenêtre. Dans la seconde plage angulaire, le chemin optique est dévié dans des secondes directions pour traverser la fenêtre. Une déviation supplémentaire par l’unité de miroirs supplémentaires permet ces secondes directions. De façon préférentielle, la première plage angulaire et la seconde plage angulaire correspondent globalement à 270°, de préférence à au moins 300°, ce qui réduit avantageusement au minimum, la plage morte comme cela a été décrit ci-dessus. De façon préférentielle, les premières directions et les secondes directions sont au moins en partie identiques. Dans ces conditions, la plage identique entre les premières directions et les secondes directions est détectée plusieurs fois ; à chaque rotation du dispositif de miroir, la même plage entre les premières directions et les secondes directions sera détectée deux fois. Cela améliore la saisie des zones caractéristiques avec le capteur lidar. Par exemple, le capteur lidar utilisé comme capteur d’environnement d’un véhicule autonome au moins guidé de manière automatisée, pourra ainsi détecter plusieurs fois pour chaque rotation du dispositif de miroir, par exemple, une zone située directement en amont du véhicule pour détecter des véhicules en amont. De façon préférentielle, les premières directions et les secondes directions sont au moins en partie différentes. Ce qui agrandit la plage de visibilité totale du capteur lidar. On peut ainsi balayer une zone plus grande de l’environnement avec le capteur lidar que celle possible avec un capteur lidar selon l’état de la technique. On réduit ainsi le nombre de capteurs lidar pour une même plage globale de saisie, identique ou analogue. L’unité de miroirs supplémentaires comporte, selon une réalisation préférentielle, plusieurs miroirs simples. Les miroirs simples sont au moins deux miroirs simples, c’est-à-dire au moins un premier miroir simple et un second miroir simple. Le chemin optique est alors dévié par le dispositif de miroir sur le premier miroir simple de l’unité de miroirs supplémentaires. Le premier miroir simple dévie directement ou par un autre élément de miroir simple vers le second miroir simple. Entre le premier miroir simple et le second miroir simple, on peut intercaler un nombre quelconque d’autres miroirs simples. L’utilisation de plusieurs miroirs simples permet de minimiser encore plus la zone morte pour une rotation du dispositif de miroir et aussi de fixer les secondes directions, de manière simple et souple. Il est prévu, de manière préférentielle, que la fenêtre présente une courbure ou un pli de sorte que la fenêtre s’étend sur une plage angulaire d’au moins 60°, notamment d’au moins 90° de la rotation du dispositif de miroir. La fenêtre s’étend ainsi sur une plage qui offre un champ de saisie plus grand pour les premières directions et/ou les secondes directions. De façon préférentielle, l’unité de miroir supplémentaire est basculée par rapport à l’axe de rotation du dispositif de miroir. Ainsi, l’unité de miroir supplémentaire n’est pas orientée parallèlement à l’axe de rotation. Cela permet de dévier les secondes directions par rapport aux premières directions, ces dernières étant globalement dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation alors que la déviation des secondes directions est déviée par rapport à ce plan perpendiculaire à l’axe de rotation. La plage de vision spatiale du capteur lidar sera ainsi augmentée. En particulier, l’axe de rotation est orienté verticalement de sorte que la plage de vision verticale du capteur lidar est augmentée par la déviation correspondante de l’unité de miroirs supplémentaires. L’unité de miroirs supplémentaires a une surface de miroir courbe selon un développement préférentiel pour ainsi modifier les propriétés lidar comme, par exemple, la résolution ou l’angle d’ouverture des premières directions et/ou des secondes directions. Enfin, il est prévu, de manière préférentielle, que l’unité d’émission et de réception comporte une source de lumière laser et un détecteur. La source de lumière laser et le détecteur peuvent être des composants distincts ; en variante, ces éléments constituent une seule unité. La source de lumière laser émet la lumière laser (le faisceau laser) le long du chemin optique sur le dispositif de miroir. Le détecteur reçoit le faisceau laser réfléchi par l’environnement du capteur lidar au moins par l’intermédiaire du dispositif de miroir. Le faisceau laser réfléchi est ainsi dirigé par le dispositif de miroir le long du chemin optique vers le détecteur, ce qui permet à l’unité d’émission et de réception de faire des mesures de distance utilisant notamment le temps de parcours du faisceau laser émis. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide de différents modes de réalisation d’un capteur lidar représenté dans les dessins annexés dans lesquels : premier schéma d’un premier mode de réalisation d’un dispositif lidar selon l’invention, second schéma du premier mode de réalisation du capteur lidar selon l’invention, schéma d’un second mode de réalisation d’un capteur lidar selon l’invention, et schéma d’un troisième mode de réalisation d’un capteur lidar selon l’invention. DESCRIPTION D’UN MODE DE REALISATION DE L’INVENTION La montre schématiquement un capteur lidar 1 correspondant à un premier mode de réalisation de l’invention. Le capteur lidar 1 a un dispositif de miroir rotatif 5. Ce même capteur lidar 1 est également présenté à la ; la et la ne diffèrent que par l’orientation du dispositif de miroir rotatif 5 c’est-à-dire des différents instants pendant la rotation du dispositif de miroir 5. Le capteur lidar 1 selon le premier mode de réalisation de l’invention a un boîtier 2. Le boîtier 2 comporte une fenêtre 3 traversée par la lumière laser du capteur lidar 1 dévié vers l’environnement ; la lumière laser de l’environnement arrive sur le capteur lidar 1. Le boîtier 2 a en outre une unité d’émission et de réception 4 fixe ainsi que le dispositif de miroir rotatif 5 monté à rotation. Le dispositif de miroir 5 tourne autour d’un axe de rotation 400 ; dans la zone du capteur lidar 1, l’axe de rotation 400 est de préférence vertical. L’unité d’émission et de réception 4 a une source de lumière laser ainsi qu’un détecteur. La source de lumière laser émet la lumière laser selon un chemin optique 100 sur le dispositif de miroir 5. Le détecteur saisit la lumière laser réfléchie ; cette lumière laser réfléchie est dirigée par le dispositif de miroir 5 le long du chemin optique 100 sur le détecteur. La réalisation précise et la dispositif précise des sources lumineuses et du détecteur ne sont pas décisives pour l’invention et c’est pourquoi dans la suite de la description, l’unité d’émission et l’unité de réception sont réunies en une unité 4. Pendant sa rotation autour de l’axe de rotation 400, le dispositif de miroir 5 parcourt différentes plages angulaires ; la montre une première plage angulaire. Cette première plage angulaire permet de dévier le chemin optique 100 par le dispositif de miroir 5 pour le passer ainsi directement à travers la fenêtre 3. En d’autres termes, l’unité d’émission et de réception 4 émet la lumière laser sur le dispositif de miroir et cette lumière laser est dirigée directement vers l’environnement à travers la fenêtre 3. La même remarque s’applique inversement à la lumière laser réfléchie qui traverse la fenêtre 3 pour arriver directement sur le dispositif de miroir 5 et être guidée par celui-ci vers l’unité d’émission et de réception 4. Le chemin optique 5 est ainsi dévié selon la première direction 200 directement à travers la fenêtre 3. Les premières directions 200 correspondent à une plage générée par la déviation du dispositif de miroir 5 pendant sa rotation dans les différentes orientations du dispositif de miroir 5. Pendant la rotation du dispositif de miroir 5, on peut également avoir des plages mortes dans lesquelles il n’est pas possible de dévier le chemin optique 100 à travers la fenêtre 3 de sorte que le chemin optique 100 est dirigé sur une partie du boîtier 2. Pour minimiser de telles zones mortes, il est prévu une unité de miroirs supplémentaires 6. En particulier, la montre ce fonctionnement de l’unité de miroirs supplémentaires 6. La montre une orientation du dispositif de miroir 5 qui, pour des capteurs lidar 1 usuels, se traduirait par une zone morte car le chemin optique 100 serait dévié par le dispositif de miroir 5 directement sur une zone du boîtier 2. L’unité de miroirs supplémentaires 6 permet toutefois de dévier le chemin optique 100 pour le faire passer à travers la fenêtre 3. Pour cela, le dispositif de miroir 5 dirige le chemin optique 100 sur l’unité de miroirs supplémentaires 6 et à partir de là, le faisceau est dévié à travers la fenêtre dans les secondes directions 300. Dans ce premier mode de réalisation, les premières directions 200 et les secondes directions 300 sont avantageusement au moins partiellement différentes pour que la plage de vision du capteur lidar 1 soit globalement augmentée. On évite ainsi une plage morte et d’autre part, on améliore la puissance du capteur lidar. Pour avoir une plage de saisie maximale pour le capteur lidar 1 il est en outre prévu de manière préférentielle que la fenêtre 3 présente, par rapport à l’axe de rotation du dispositif de miroir 5, une plage angulaire d’au moins 60°, notamment d’au moins 90°. En d’autres termes, la fenêtre 3 est courbée et s’étend par rapport à l’axe de rotation 100 dans la plage angulaire décrite ci-dessus. En variante, la fenêtre peut également être pliée et sa courbure est avantageuse pour éviter d’influencer optiquement au niveau de la zone de pliage. L’unité de miroirs supplémentaires 6 peut être formée de miroirs plans comme le montrent les figures 1 et 2. Dans les mêmes conditions, il est possible de munir l’unité de miroirs supplémentaires 6 d’une surface de miroir cintrée en ajustant notamment le paramètre du capteur lidar ainsi que la résolution et la plage de saisie. Les figures 1 et 2 montrent une variante dans laquelle les premières directions 200 et les seconde directions 300 sont globalement dans le même plan, à savoir dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation 400. Pour cet axe de rotation 400, on peut orienter en basculant l’unité de miroir 6 pour que cette unité 6 ne se trouve pas dans un plan parallèle à l’axe de rotation 400. Dans ce cas, les premières directions 200 et les secondes directions 300 ont au moins par zones, une différence d’orientation verticale. Alors que la première direction 200 se situe toujours dans le plan du dessin, c’est-à-dire dans le plan perpendiculaire à l’axe de rotation 4100, les secondes directions 300 sont inclinées par rapport au plan, ce qui augmente la plage de saisie verticale du capteur lidar 1. L’unité de miroirs supplémentaires 6 permet de diminuer comme décrit, la plage morte pendant la mesure du capteur lidar. Pendant la rotation du dispositif de miroir 5 on a ainsi une première plage angulaire dans laquelle se développent les premières directions 100 ainsi qu’une seconde plage angulaire dans laquelle se développent les secondes directions 300. La première plage angulaire et la seconde plage angulaire correspondent ainsi ensemble à, de préférence, au moins 270°, notamment au moins 300°. Cela minimise avantageusement la plage morte. La montre un second mode de réalisation d’un capteur lidar 1 selon l’invention. Ce mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation uniquement par l’unité de miroirs supplémentaires 6. L’orientation différente de celle du premier exemple de réalisation dans ce second exemple de réalisation fait que les secondes directions 300 sont au moins par segments, identiques aux premières directions 200. Ainsi, une certaine partie de la plage de saisie du capteur lidar 1, à savoir la plage dans laquelle les premières directions 200 et les secondes directions 300 se chevauchent sera détectée plusieurs fois à chaque rotation du dispositif de miroir 5. On augmente ainsi la précision de la saisie dans cette plage. Pour le reste, le capteur lidar est analogue à celui du premier mode de réalisation. La montre schématiquement un troisième exemple de réalisation du capteur lidar 1. La différence par rapport au premier exemple de réalisation et au second exemple de réalisation réside uniquement dans l’unité de miroirs supplémentaires 6 car, à la différence du premier exemple de réalisation et du second exemple de réalisation du capteur lidar 1, dans le troisième exemple de réalisation, l’unité de miroirs supplémentaires 6 se compose d’un premier miroir simple 6a et d’un second miroir simple 6b. Dans le troisième exemple de réalisation, il est ainsi prévu que le chemin optique 100 à partir de l’unité d’émission et de réception 4 arrive au dispositif de miroir rotatif 5 et de là le faisceau est dévié vers le premier miroir simple 6a. Le premier miroir simple 6a fait une déviation vers le second miroir simple 6b qui dévie à travers la fenêtre 3 pour réaliser ainsi les secondes directions 300. L’utilisation de plusieurs miroirs simples 6a, 6b comme unités de miroir supplémentaire 6 permet ainsi une disposition souple de l’unité de miroir 6 dans le boîtier 2 minimisant d’une part la plage morte et permettant, d’autre part, une orientation souple des secondes directions 300. Le dispositif lidar 1 s’utilise ainsi en particulier pour des véhicules autonomes ou du moins circulant en mode automatisé. En minimisant la plage morte, on permet de faire des mesures plus puissantes que cela est le cas actuellement. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Capteur Lidar 2 Boîtier 3 Fenêtre 4 Unité d’émission et de réception 5 Dispositif de miroir rotatif 6 Unité de miroirs supplémentaires 6a Miroir simple 6b Miroir simple 100 Chemin optique 300 Seconde direction 400 Axe de rotation Capteur lidar (1) comportant un boîtier (2) muni d’une fenêtre (3), d’une unité d’émission et de réception (4) installée de manière fixe dans le boîtier (2) pour émettre et recevoir la lumière laser ainsi qu’un dispositif de miroir (5) monté rotatif sur le boîtier (2), pour dévier le chemin optique (100) entre l’unité d’émission et de réception (4) dans différentes premières directions (100) directement à travers la fenêtre (3), - le boîtier (2) comportant en position fixe, une unité de miroirs supplémentaires (6) de façon que le chemin optique (100) puisse être dévié dans différentes secondes directions (100) à travers la fenêtre (3) entre le dispositif de miroir (5) et l’unité de miroirs supplémentaires (6) et à partir de l’unité de miroirs supplémentaires (6). Capteur lidar (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant une rotation, le dispositif de miroir (5) parcourt au moins une première plage angulaire ainsi qu’une seconde plage angulaire, le dispositif de miroir (5) déviant dans la première plage angulaire, le chemin optique (100) directement à travers la fenêtre (3) et sur l’unité de miroir supplémentaire (6) dans la seconde plage angulaire. Capteur lidar (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première plage angulaire et la seconde plage angulaire couvrent ensemble au moins 270°, notamment au moins 300°. Capteur lidar (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premières directions (200) et les secondes directions (300) sont au moins en partie identiques. Capteur lidar (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premières directions (200) et les secondes directions (300) sont au moins en partie différentes. Capteur lidar (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité de miroirs supplémentaires (6) comporte au moins deux miroirs simples (6A, 6B) de façon qu’à partir du dispositif de miroir simple le chemin optique (100) arrive sur un premier miroir simple (6A) de l’unité de miroirs supplémentaires (6) et de ce premier miroir simple (6A) directement ou par l’intermédiaire d’autres miroirs simples sur un second miroir simple (6B) de l’unité de miroirs supplémentaires (6) et à partir du second miroir simple (6B), il est dirigé à travers la fenêtre (3). Capteur lidar (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fenêtre (3) couvre une plage angulaire d’au moins 60°, notamment d’au moins 90°, pour la rotation du dispositif de miroir (5). Capteur lidar (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité de miroirs supplémentaires (6) bascule par rapport à l’axe de rotation (400) du dispositif de miroir (5) de façon qu’elle ne soit pas orientée parallèlement à l’axe de rotation (400). Capteur lidar (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité de miroirs supplémentaires (6) a une surface de miroir courbe. Capteur lidar (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que - l’unité d’émission et de réception (4) a une source de lumière laser et un détecteur, - la source de lumière laser émet la lumière laser sur le dispositif de miroir (5), et - le détecteur saisit la lumière laser réfléchie par l’environnement du capteur lidar au moins par l’intermédiaire du dispositif de miroir (5).