Brevet FR3141233A1 — publié le 20240426

Il est proposé un dispositif d’illumination (1) comportant une source lumineuse (100) et un réflecteur optique (200), la source lumineuse ayant une direction principale d’éclairement définissant un axe optique (OA), le réflecteur optique comprenant deux tronçons, le premier tronçon (210) comportant une première paroi (211) s’étendant au moins en partie autour de la source lumineuse sur une première hauteur (H1) dans la direction de l’axe optique, la première paroi étant convergente dans le sens de propagation de la lumière, le second tronçon (220) comportant une seconde paroi (221) réfléchissante et s’étendant dans la prolongation de la première paroi sur une seconde hauteur (H2) dans la direction de l’axe optique de manière à réfléchir des rayons lumineux issus de la source lumineuse, la seconde paroi étant divergente dans le sens de propagation de la lumière. On décrit également un dispositif électronique comportant un tel dispositif d’illumination. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Dispositif d’illumination comportant une source lumineuse et un réflecteur optique, et dispositif électronique associé La présente invention concerne le domaine technique de l’imagerie, et notamment de l’illumination d’une scène observée par un capteur d’image. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif d’illumination comportant une source lumineuse et un réflecteur optique. Elle concerne également un dispositif électronique comportant une unité de capture d’image et un tel dispositif d’illumination. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans l’illumination de l’habitacle d’un véhicule automobile pour les caméras de surveillance du conducteur. Arrière-plan technologique On utilise de plus en plus fréquemment des caméras de surveillance conducteur dans l’habitacle des véhicules automobiles (appelées DMS en anglais, pour « Driver Monitoring System »). Dans ce contexte notamment, il est connu de coupler une unité de capture d’image à un dispositif d’illumination afin de maintenir une luminosité suffisante indépendamment de la luminosité ambiante. Les images capturées par ces dispositifs sont ensuite analysées par des algorithmes de traitement d’images permettant d’extraire les informations pertinentes. Afin d’améliorer les performances des algorithmes de traitement d’image, les exigences concernant la qualité des images sont de plus en plus élevées. Un des paramètres permettant d’améliorer la qualité des images capturées est l’uniformité de l’éclairement de la scène produit par le dispositif d’illumination. Classiquement, les sources lumineuses des dispositifs d’illumination sont composées d’une ou plusieurs LEDs fonctionnant dans l’infra-rouge. Les LEDs ont généralement un profil gaussien. L’utilisation de telles sources de lumière entraine un éclairement non uniforme de l’habitacle du véhicule. Pour augmenter les performances des algorithmes actuels de traitement d’image, il est recommandé que l’éclairement de la scène n’excède pas un contraste d’environ 20% sur le champ de vue de la caméra. Une solution pour uniformiser l’éclairement d’une source lumineuse consiste à ajouter un composant optique tel qu’un diffuseur. Néanmoins, cette solution entraine une perte importante de l’intensité lumineuse, débouchant sur une perte d’efficacité du dispositif d’illumination et la diminution de la qualité des images capturées. Une autre solution consiste à utiliser un réflecteur entourant la source lumineuse et permettant de réfléchir les rayons périphériques de la source et hors champ de l’unité de capture d’image vers une zone d’intérêt de l’habitacle du véhicule dans le champ de l’unité de capture d’image de telle manière à uniformiser l’illumination. Cette solution, bien qu’efficace, entraine d’autres sources de dégradation de l’image en redirigeant de la lumière parasite, notamment des rayons étant très inclinés en sortie de la source lumineuse, jusqu’à l’unité de capture d’image. Dans ce contexte, il est prévu un dispositif d’illumination comportant une source lumineuse et un réflecteur optique, la source lumineuse ayant une direction principale d’éclairement définissant un axe optique et le réflecteur optique comprenant deux tronçons. On propose ici que le premier tronçon comporte une première paroi s’étendant au moins en partie autour de la source lumineuse sur une première hauteur dans la direction de l’axe optique, la première paroi étant convergente dans le sens de propagation de la lumière. Cette première paroi permet par sa convergence d’éviter de propager de la lumière parasite dans le dispositif d’illumination. En effet, les rayons émis à la base de la source lumineuse et étant très inclinés peuvent être réfléchis (réflexion spéculaire ou diffuse) dans le sens opposé de la propagation de la lumière. Le second tronçon comporte une seconde paroi réfléchissante et s’étendant dans la prolongation de la première paroi sur une seconde hauteur dans la direction de l’axe optique de manière à réfléchir des rayons lumineux issus de la source lumineuse. La seconde paroi est divergente dans le sens de propagation de la lumière. La seconde paroi permet de réfléchir la lumière périphérique de la source lumineuse vers une zone d’intérêt de l’habitacle du véhicule et ainsi de créer une illumination uniforme. Selon un mode de réalisation, le réflecteur optique comporte un troisième tronçon comportant une troisième paroi réfléchissante qui s’étend sur une troisième hauteur dans la direction de l’axe optique, dans le prolongement de la seconde paroi du second tronçon. Par ailleurs, la troisième paroi du troisième tronçon peut avoir un troisième angle d’inclinaison relativement à l’axe optique inférieur à 5°. Dans un mode de réalisation, la première paroi et la seconde paroi du réflecteur optique comprennent chacune au moins une paire de deux faces. En outre, la première paroi et la seconde paroi comprennent chacune deux paires de deux faces positionnées telles que les deux faces d’une paire sont en regard l’une de l’autre, de chaque côté de la source lumineuse. Les faces des tronçons peuvent être planes. Dans un mode de réalisation, la paroi du premier tronçon du réflecteur optique est réfléchissante. De manière préférentielle, la source lumineuse est une LED émettant dans l’infrarouge, et les parois des tronçons sont réfléchissantes dans l’infrarouge. L’invention concerne également un dispositif électronique comportant une unité de capture d’image et un dispositif d’illumination tel que décrit ci-dessus configuré pour illuminer le champ de vue de l’unité de capture d’image. Les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Brève description des figures De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où : est une simulation de lumière parasite au sein d’un dispositif électronique tel que connu par l’art antérieur. est une représentation schématique en coupe du dispositif d’illumination selon un mode de réalisation de l’invention, est une représentation schématique en perspective du dispositif d’illumination de la , est une représentation schématique d’un dispositif électronique comportant le dispositif d’illumination de la , est une représentation schématique en coupe du dispositif d’illumination selon un autre mode de réalisation que celui de la , est une simulation de l’illumination générée par une source de lumière classique, est une simulation de l’illumination générée par le dispositif d’illumination de la , et est un graphique représentant l’éclairement moyen et maximum correspondant à la lumière parasite en entrée de caméra pour le dispositif électronique de la et pour le dispositif électronique de la tel que connu par l’art antérieur. Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références. Description détaillée Un dispositif électronique classique 500 de surveillance conducteur dans l’habitacle d’un véhicule tel que connu par l’art antérieur est représenté en . Il comprend un dispositif d’illumination classique 520 tel que connu par l’art antérieur et une unité de capture d’image 510. Le dispositif d’illumination classique 520 comprend une source lumineuse 521 et un réflecteur optique classique 522. Ici la source lumineuse 521 est une LED dans l’infra-rouge. Le réflecteur optique classique 522 est une paroi réfléchissante de forme tronconique continue entourant la source lumineuse 521. L’unité de capture d’image 510 comprend une caméra et permet de capturer une scène illuminée par le dispositif d’illumination classique 520. Le dispositif électronique classique 520 comprend également une vitre de protection 530. Cette vitre de protection peut être en verre ou en plastique. Sur la , sont représentés des rayons lumineux parasites. Les rayons lumineux parasites comprennent les rayons lumineux qui sont émis par la source lumineuse 521 et arrivent jusqu’à l’unité de capture d’image 510 sans avoir illuminé la scène. La majorité des rayons lumineux parasites sont des rayons qui sont réfléchis à l’intérieur de la vitre 530 du dispositif électronique classique 500 jusqu’à l’unité de capture d’image 510, sans pouvoir sortir hors du dispositif électronique classique 500. La simulation de ces rayons montre qu’une grande majorité de ces rayons lumineux parasites sont des rayons très inclinés en sortie de la source lumineuse 521 et sont réfléchis par le réflecteur optique classique 522 dans sa portion la plus proche de la source lumineuse. Cette partie de l’illumination contribue peu à l’illumination de la scène, et engendre donc plus de perte d’uniformité via les rayons parasites que d’apport en illumination. En , un dispositif d’illumination 1 selon un mode de réalisation proposé par l’invention est représenté en coupe. Il comprend une source lumineuse 100 et un réflecteur optique 200. Ce même dispositif d’illumination 1 est représenté en perspective en . La source lumineuse 100 peut par exemple être une LED. La source lumineuse 100 définit un axe optique OA. L’axe optique OA est la direction principale d’éclairement de la source lumineuse, c’est-à-dire par exemple la direction dans laquelle l’intensité lumineuse est maximum. Le réflecteur peut être orienté de tel manière à ce que son axe principal soit confondu à l’axe optique OA. Le réflecteur optique 200 comprend ici un premier tronçon 210, un second tronçon 220 et un troisième tronçon 230. Le premier tronçon 210, le plus proche de la source lumineuse 100, comprend une première paroi 211. La première paroi 211 comprend quatre faces entourant la source lumineuse 100 et se faisant face deux à deux. Les faces sont ici planes. Elles peuvent être de forme trapézoïdale. Les faces sont inclinées de manière à ce que la surface définie par le premier tronçon 210 (en section orthogonale à l’axe optique OA) diminue dans le sens de propagation de la lumière. Autrement dit, les faces convergent vers l’axe optique dans le sens de propagation de la lumière. Les faces peuvent être symétriques par rapport à l’axe optique OA. On définit un premier angle d’inclinaison THETA1 comme l’angle d’inclinaison des faces du premier tronçon 210 par rapport à l’axe optique OA. Les faces sont ici réfléchissantes. De cette façon, les rayons très inclinés issus de la source lumineuse 100, tels que ceux créant de la lumière parasite dans l’exemple de la , vont être réfléchis dans le sens opposé de la propagation de la lumière, vers la source lumineuse 100 elle-même. Par exemple, la réflexion est ici spéculaire. Ainsi, lors d’une utilisation avec une unité de capture d’image, comme décrit ci-dessous en référence à la , la lumière parasite ne sortira pas du dispositif d’illumination 1 et ne se propagera alors pas jusqu’à l’unité de capture d’image. Les faces sont réfléchissantes au moins dans le domaine de longueur d’onde émis par la source lumineuse 100 et/ou dans le domaine de longueur de l’unité de capture d’image. Ici, les faces sont réfléchissantes au moins dans l’infra-rouge. Les rayons très inclinés sont définis comme étant les rayons formant un angle avec l’axe optique compris entre un angle ALPHA1 et 90°. L’angle ALPHA1 est l’angle entre l’axe optique OA et le rayon le plus écarté de l’axe optique OA non réfléchi par le premier tronçon 210. Dans un autre mode de réalisation, la réflexion de la lumière sur le premier tronçon est une réflexion diffuse. De manière alternative, les faces peuvent être absorbantes dans le domaine de longueur d’onde émise par la source lumineuse 100. Dans ce cas, les rayons sont absorbés et ne se propagent pas jusqu’à l’unité de capture d’image. Le second tronçon 220 s’étend dans la continuité du premier tronçon 210. Le second tronçon 220 comprend une seconde paroi 221. La seconde paroi 221 comprend quatre faces réfléchissantes qui s’étendent chacune dans la continuité d’une face correspondante du premier tronçon 210. Les faces sont agencées en deux paires. Dans chacune des paires, les faces sont positionnées en regard l’une de l’autre. Les faces sont ici planes. Elles peuvent être de forme trapézoïdale. Contrairement au premier tronçon 210, les faces sont inclinées de manière à ce que la surface définie par le second tronçon 220 (en section orthogonale à l’axe optique OA) augmente dans le sens de propagation de la lumière. Autrement dit, les faces divergent de l’axe optique dans le sens de propagation de la lumière. On définit un second angle d’inclinaison THETA2 comme l’angle d’inclinaison des faces du second tronçon 220 par rapport à l’axe optique OA. Le premier angle d’inclinaison THETA1 et le second angle d’inclinaison THETA2 sont de signes opposés. Ce second tronçon 220 réfléchit une partie des rayons issus de la source lumineuse 100 et formant un angle avec l’axe optique compris entre ALPHA1 et un angle ALPHA2. L’angle ALPHA2 est défini comme l’angle entre l’axe optique OA et le rayon le plus écarté de l’axe optique OA non réfléchi par le second tronçon. Le troisième tronçon 230 s’étend dans la continuité du second tronçon 220. Le troisième tronçon 230 comprend une troisième paroi 231. La troisième paroi 231 du troisième tronçon 230 comprend quatre faces qui s’étendent chacune dans la continuité d’une face correspondante du second tronçon 220. Les faces sont agencées en deux paires. Dans chacune des paires, les faces sont positionnées en regard l’une de l’autre. Les faces sont ici planes. Elles peuvent être de forme trapézoïdale. On définit un troisième angle d’inclinaison comme l’angle d’inclinaison des faces du troisième tronçon 230 par rapport à l’axe optique OA. Ce troisième tronçon 230 réfléchit une partie des rayons issus de la source lumineuse 100 et formant un angle avec l’axe optique compris entre ALPHA2 et un angle ALPHA3. L’angle ALPHA3 est défini comme l’angle entre l’axe optique OA et le rayon le plus écarté de l’axe optique OA non réfléchi par le troisième tronçon 230. Par exemple, pour une source lumineuse émettant un cône d’émission lumineuse formant un angle compris entre 50° et 80° avec l’axe optique, l’angle ALPHA1 peut être compris entre 55° et 65° et/ou l’angle ALPHA2 peut être compris entre 32° et 48° et/ou l’angle ALPHA3 peut être compris entre 25° et 40°. Les faces du second tronçon 220 et/ou troisième tronçon 230 sont ici réfléchissantes dans l’infra-rouge. Le second tronçon 220 et le troisième tronçon 230 permettent de créer un éclairement plus uniforme en réfléchissant les rayons les plus inclinés qui ne sont pas dans le champ de vue de l’unité de capture d’image vers des zones d’intérêts qui manquent d’éclairement dans le champ de vue de l’unité de capture d’image. Par exemple, dans le cas d’une source lumineuse 100 gaussienne, ce qui est le cas de la LED ici, les rayons les plus extérieurs seront réfléchis vers les zones périphériques du pic central d’éclairement ou les bords de champ de vue de l’unité de capture d’image. Sur la , on observe plusieurs rayons lumineux issus de la source lumineuse 100. Les rayons représentés en trait plein ont un angle d’inclinaison inférieur à ALPHA3 et ne sont pas réfléchis. Les rayons lumineux représentés en pointillés sont réfléchis par le second tronçon 220. Les rayons réfléchis représentés avec des tirets sont réfléchis par le troisième tronçon 230. Les rayons représentés avec des tirets et en pointillés vont ainsi permettre de compenser la distribution gaussienne de la LED en venant ramener du flux lumineux dans les bords de champ. Par ailleurs, le réflecteur optique 200 peut être produit par des processus industriels standards tels que le moulage par injection suivi d’un dépôt d’un revêtement réfléchissant par dépôt physique par phase vapeur (ou PVD pour « Physical Vapor Deposition ») ou d’une galvanisation. Sur la , on a représenté un dispositif électronique 2 selon un mode de réalisation de l’invention. Le dispositif électronique 2 comporte le dispositif d’illumination 1 des figures 2 et 3 et décrit précédemment. Il comporte également une unité de capture d’image 20 et une unité de commande 30 couplé au dispositif d’illumination 1 et à l’unité de capture d’image 20. Le dispositif électronique 2 peut être placé dans un véhicule automobile, par exemple pour former un système de surveillance du conducteur. L’unité de capture d’image 20 permet de capturer des images d’un environnement lui faisant face, ici une partie de l’habitacle du véhicule automobile. Par exemple, le champ de vision de l’unité de capture d’image 20 est dirigé vers la position habituelle du conducteur. L’unité de capture d’image 20 peut être une caméra et capturer toute la scène éclairée par le dispositif d’illumination 1. L’unité de commande 30 est configurée pour analyser l’image capturée. L’unité de commande peut être conçue de manière à déterminer (lorsque le conducteur est dans sa position habituelle) un niveau d’inaptitude à la conduite (par exemple un niveau de distraction ou un niveau de somnolence) au moyen de l’analyse de l’image capturée. Afin d’éviter de gêner les personnes présentes près du dispositif électronique et d’uniformiser l’utilisation de la prise d’image de jour comme de nuit, la source lumineuse 100 peut fonctionner dans l’infra-rouge, lumière invisible à l’œil humain. L’unité de capture d’image 20 fonctionne au moins dans le même domaine de longueur d’onde que la source lumineuse 100. Ici, l’unité de capture d’image 20 fonctionne uniquement dans l’infra-rouge. En variante, l’unité de capture d’image peut fonctionner dans l’infra-rouge et le visible. Pour améliorer les performances de l’analyse de l’image capturée, il est préférable que l’uniformité de l’éclairage soit telle que le contraste d’éclairement soit inférieur à 20%. Cela signifie que deux points dans le champ de vue de l’unité de capture d’image 20 doivent recevoir une différence d’éclairement inférieur à 20%. Les angles d’inclinaison et les hauteurs des faces des tronçons ont été calculés par simulation numérique pour répondre à cet objectif. Le premier tronçon 210 peut avoir une première hauteur H1 sur l’axe optique comprise entre 1 et 1,5 mm. Ici la première hauteur H1 vaut 1,3mm. La valeur absolue du premier angle d’inclinaison THETA1 du premier tronçon 210 par rapport à l’axe optique (OA) peut être compris entre 8 et 15°. Ici la valeur absolue du premier angle d’inclinaison mesure 10°. Le second tronçon 220 peut avoir une seconde hauteur H2 sur l’axe optique comprise entre 2 et 5 mm. Ici la seconde hauteur H2 vaut 3 mm. La valeur absolue du second angle d’inclinaison THETA2 du second tronçon 220 par rapport à l’axe optique (OA) peut être compris entre 8 et 15°. Ici la valeur absolue du second angle d’inclinaison mesure 10°. Le troisième tronçon 230 peut avoir une troisième hauteur H3 sur l’axe optique comprise entre 0.8 et 1,5 mm. Ici la troisième hauteur H3 vaut 1 mm. La valeur absolue du troisième angle d’inclinaison du troisième tronçon 230 par rapport à l’axe optique (OA) peut être inférieur à 5°. Ici la valeur absolue du troisième angle d’inclinaison mesure 1°. Pour un meilleur résultat sur l’uniformité de la source, l’inclinaison des faces du troisième tronçon 230 pourrait être nulle. Cependant, afin de pouvoir fabriquer plus facilement le réflecteur optique 200, qui est généralement moulé, il est préférable que les faces du troisième tronçon 230 soient légèrement inclinées. Ces valeurs sont dépendantes de la source lumineuse 100 et de la configuration de l’unité de capture d’image 20. Elles sont données ici à titre indicatif et non limitatif. Le dispositif électronique 2 comprend ici une enveloppe extérieure 40 et un capot amovible 42. L’enveloppe extérieure 40 permet de maintenir mécaniquement les éléments les uns par rapport aux autres. Le capot amovible 42 permet d’accéder à l’intérieur du dispositif électronique 2 facilement. Le dispositif électronique 2 comprend également un circuit imprimé 50 sur lequel sont fixées la source lumineuse 100 et l’unité de commande 30. Le réflecteur optique 200 est ici fixé grâce à des clips de fixation 41. En variante, le dispositif d’illumination 1 pourrait être entièrement fixé directement sur le circuit imprimé 50. Sur la , un dispositif d’illumination 1 selon un autre mode de réalisation de l’invention est représenté. Le dispositif d’illumination 1 comprend ici une source lumineuse 100 et un réflecteur optique 200. La source lumineuse 100 peut être une source avec une illumination gaussienne, comme par exemple une LED. Le réflecteur optique 200 comprend ici deux tronçons. Le premier tronçon 210 comprend des faces convergentes et permet de limiter la propagation de la lumière parasite. Le second tronçon 220 comprend des faces divergentes et permet d’uniformiser l’illumination de la même manière que décrit précédemment. La représente une simulation 110 de l’illumination générée par la source lumineuse 100 utilisée dans le dispositif d’illumination 1. On observe une distribution gaussienne de la lumière. La représente une seconde simulation 120 de l’illumination générée par le dispositif d’illumination 1 de la . Grâce au réflecteur optique 200, les rayons lumineux périphériques sont rabattus autour du pic lumineux, générant ainsi un éclairement uniforme sur un champ de vue plus large. On a représenté, sur la , une zone 300 (usuellement dénommée « headbox ») correspondant à l’emplacement possible de la tête du conducteur. On observe que l’éclairement simulé ici est uniforme sur un champ de vue assez grand pour éclairer entièrement la zone précitée 300. La représente un graphique montrant l’éclairement moyen (Avg. Irrad) et maximum (Max. Irrad) dû à la lumière parasite en pourcentage par rapport à une valeur standard en entrée de caméra pour le dispositif électronique de la (Inv. DMS) et pour le dispositif électronique classique de la comportant un dispositif d’illumination classique (Std. DMS). On observe que la lumière parasite est plus faible lors de l’utilisation du dispositif électronique de la et tel que défini ici que pour le dispositif électronique classique de la comportant un dispositif d’illumination classique. Dispositif d’illumination (1) comportant une source lumineuse (100) et un réflecteur optique (200), la source lumineuse (100) ayant une direction principale d’éclairement définissant un axe optique (OA), le réflecteur optique (200) comprenant deux tronçons, le premier tronçon (210) comportant une première paroi (211) s’étendant au moins en partie autour de la source lumineuse (100) sur une première hauteur (H1) dans la direction de l’axe optique (OA), la première paroi (211) étant convergente dans le sens de propagation de la lumière, le second tronçon (220) comportant une seconde paroi (221) réfléchissante et s’étendant dans la prolongation de la première paroi (211) sur une seconde hauteur (H2) dans la direction de l’axe optique (OA) de manière à réfléchir des rayons lumineux issus de la source lumineuse, la seconde paroi (221) étant divergente dans le sens de propagation de la lumière. Dispositif d’illumination (1) selon la revendication 1, dans lequel le réflecteur optique (200) comporte un troisième tronçon (230) comportant une troisième paroi (231) réfléchissante qui s’étend sur une troisième hauteur (H3) dans la direction de l’axe optique, dans le prolongement de la seconde paroi du second tronçon. Dispositif d’illumination (1) selon la revendication 2, dans lequel la troisième paroi (231) du troisième tronçon (230) a un troisième angle d’inclinaison relativement à l’axe optique inférieur à 5°. Dispositif d’illumination (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la première paroi (211) et la seconde paroi (221) du réflecteur optique (200) comprennent chacune au moins une paire de deux faces. Dispositif d’illumination (1) selon la revendication 4, dans lequel la première paroi (211) et la seconde paroi (221) comprennent chacune deux paires de deux faces positionnées telles que les deux faces d’une paire sont en regard l’une de l’autre, de chaque côté de la source lumineuse (100). Dispositif d’illumination (1) selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel les faces sont planes. Dispositif d’illumination (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la première paroi (211) du premier tronçon (210) du réflecteur optique (200) est réfléchissante. Dispositif d’illumination (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la source lumineuse (100) est une LED émettant dans l’infrarouge, et dans lequel les parois (211, 221) des tronçons (210, 220) sont réfléchissantes dans l’infrarouge. Dispositif électronique (2) comportant une unité de capture d’image (20) et un dispositif d’illumination (1) selon l’une des revendications précédentes configuré pour illuminer le champ de vue de l’unité de capture d’image (20).