Brevet FR3161027A1 — publié le 20251010

Il est proposé un système de capture d’image thermique comprenant : - un boitier (110) définissant une première ouverture, - une vitre (120) configurée pour recouvrir au moins en partie la première ouverture, et - un dispositif de capture (130) positionné à l’intérieur du boitier et comprenant un capteur (131) et une enveloppe extérieure (132), l’enveloppe extérieure logeant le capteur et définissant une seconde ouverture. La vitre, la première ouverture et la seconde ouverture sont positionnées de manière à laisser passer un rayonnement extérieur vers le capteur. Selon l’invention, le système de capture d’image thermique comprend une interface thermique (140) positionnée pour être en contact avec la vitre et en contact avec le dispositif de capture, ladite interface thermique définissant une troisième ouverture configurée pour laisser passer ledit rayonnement extérieur vers le capteur et pour définir avec la vitre et le dispositif de capture un espace étanche contenant une lame de gaz. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Système de capture d’image thermique La présente invention concerne le domaine technique de l’imagerie infrarouge. L’invention concerne plus particulièrement un système de capture d’image thermique comprenant : - un boitier définissant une première ouverture, - une vitre configurée pour recouvrir au moins en partie la première ouverture, et - un dispositif de capture positionné à l’intérieur du boitier et comprenant un capteur et une enveloppe extérieure, l’enveloppe extérieure logeant le capteur de lumière et définissant une seconde ouverture, et dans lequel la vitre, la première ouverture et la seconde ouverture sont positionnées de manière à laisser passer un rayonnement extérieur vers le capteur. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le contrôle thermique des véhicules. Arrière-plan technologique Afin d’optimiser le confort des passagers tout en optimisant les dépenses d’énergie d’un véhicule automobile, il est courant de contrôler la distribution de température dans le véhicule. Pour cela, une caméra thermique est généralement utilisée. Une telle caméra fonctionne généralement dans l’infra-rouge et permet de mesurer la température émise par les différents objets observés. Pour des raisons d’esthétiques et de protection de la caméra, il peut être utile de placer une vitre opaque dans le visible devant la caméra. La caméra est alors invisible aux yeux des passagers. La présence de la vitre devant la caméra thermique va toutefois entrainer des erreurs de mesures induites d’une part par l’absorption et la réflexion d’une partie des rayons infrarouges à mesurer et l’influence de la température de la vitre sur les mesures effectuées, mais aussi par des réflexions internes sur la vitre des rayonnements infra-rouges émiss par la caméra thermique. Dans ce contexte, la présente invention propose de maximiser le contact thermique entre le capteur et la vitre afin d’homogénéiser la température de la vitre et de mieux pouvoir la calculer. On propose alors par ailleurs comme expliqué dans la suite de corriger les erreurs de mesure induites par la présence de la vitre grâce à l’estimation correcte de la température de la vitre ainsi effectuée. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un système de capture d’image thermique tel que défini dans l’introduction, dans lequel il est prévu une interface thermique, ladite interface thermique étant positionnée pour être en contact avec la vitre et en contact avec le dispositif de capture, ladite interface thermique définissant une troisième ouverture configurée pour laisser passer ledit rayonnement extérieur vers le capteur et pour définir avec la vitre et le dispositif de capture un espace étanche contenant une lame de gaz. Ainsi, grâce à l’invention, la vitre est en contact thermique avec le capteur de manière à minimiser l’écart de température entre le capteur et la vitre. De plus, la lame de gaz étanche entre la vitre et le capteur permet d’homogénéiser la température de la vitre. Cette lame de gaz permet d’estimer plus facilement la température de la vitre, et de pouvoir prendre en compte plus facilement et sans ajout de capteur supplémentaire les erreurs de mesure de température induite par la présence de la vitre. Selon un mode de réalisation l’interface thermique (réalisée par exemple sous forme d’une pièce ayant deux directions principales d’extension et une épaisseur s’étendant perpendiculairement à ces deux directions principales d’extension) peut être composée d’un matériau ayant une conductivité thermique supérieure ou égale à 3,3 W.m -1 .K -1 pour chaque millimètre d’épaisseur. Par ailleurs, l’interface thermique peut être composée d’un matériau souple. De plus, la vitre peut être collée à l’interface thermique. Le capteur peut être configuré pour capturer une image comprenant des pixels. La valeur de chaque pixel peut correspondre à une température mesurée du rayonnement reçu sur ledit pixel. Le système de capture d’image thermique peut comprendre en outre une unité de commande configurée pour recevoir l’image capturée. L’unité de commande peut être configurée pour calculer une température corrigée sur au moins un pixel. En outre, le calcul de la température corrigée d’un pixel peut comprendre une correction des erreurs engendrées par la présence de la vitre. De plus, l’unité de commande peut être configurée pour mémoriser au moins une zone d’intérêt de l’image capturée. La au moins une zone d’intérêt peut comprendre au moins deux pixels. L’unité de commande peut également être configurée pour calculer au moins une température représentative de la au moins une zone d’intérêt. D’autre part, le capteur peut être un capteur thermique infra-rouge. En outre, le capteur peut comprendre au moins un dispositif à thermopile. L’interface thermique peut être en contact avec le boitier externe. De plus, la vitre peut comprendre un revêtement anti-reflet dans l’infra-rouge. Aussi, l’enveloppe extérieure peut être au moins partiellement métallique. 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 : FIG. 1 est une représentation schématique en coupe d’un système de capture d’image thermique selon un mode de réalisation de l’invention, FIG. 2 est une représentation schématique en perspective du système de capture d’image thermique de la FIG. 1 , et FIG. 3 est une représentation schématique d’une image calculée par l’unité de commande du système de capture d’image thermique de la FIG. 1 . 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 système de capture d’image thermique selon l’invention, tel que représenté schématiquement sur les figures 1 et 2 et désigné dans son ensemble par la référence 100, comporte un boitier 110, une vitre 120, un dispositif de capture 130 et une interface thermique 140. Le système de capture d’image 100 est représenté en coupe sur la FIG. 1 et en perspective sur la FIG. 2 . Le système de capture d’image 100 est par exemple positionné dans un véhicule automobile et permet de capturer une image thermique de l’habitacle du véhicule. De préférence, le système de capture d’image 100 est placé dans le plafond de l’habitacle du véhicule et permet d’observer les deux rangées de siège du véhicule, leurs passagers ainsi que les vitres du véhicule. Le boitier 110 définit une première ouverture. La première ouverture est ici rectangulaire. En variante, la première ouverture pourrait prendre n’importe quelle forme. Par exemple, la première ouverture pourrait être circulaire. Le boitier 110 est par exemple réalisé en matière plastique (tel que du polybutylène téréphtalate), éventuellement renforcée au moyen de fibres de verre. En variante, le boîtier 110 pourrait être métallique afin d’améliorer encore la conduction de la chaleur et de permettre d’homogénéiser les températures des composants positionnés à l’intérieur dudit boitier 110. La vitre 120 recouvre au moins en partie (ici en intégralité) la première ouverture. La vitre est ici composée d’une lame de silicium monocristallin. En variante, la vitre pourrait être réalisé dans un autre matériau transparent au rayonnement concerné (ici infrarouge), tel que du germanium, du séléniure de zinc, dans un verre de type " chalcogénure ", ou dans un verre organique de type acrylique ou polycarbonate. La vitre 120 est de préférence opaque dans le visible et permet de cacher l’intérieur du boitier 110 aux passagers du véhicule. Pour minimiser les réflexions, la vitre 120 peut comprendre également un revêtement anti-reflet. Le traitement anti-reflet est dans ce cas configuré pour être actif en particulier dans les longueurs d’onde capturées par le dispositif de capture 130. Ici, le traitement anti-reflet permet de faciliter la transmission dans l’infra-rouge. Le dispositif de capture 130 est positionné à l’intérieur du boitier 110 et comprend un capteur 131 et une enveloppe extérieure 132. Le capteur 131 est positionné à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 132. L’enveloppe extérieur 132 définit une seconde ouverture. La seconde ouverture est ici circulaire. En variante, la seconde ouverture peut être de n’importe quelle forme, par exemple rectangulaire. L’enveloppe extérieure 132 est au moins partiellement métallique. De préférence, elle est entièrement métallique, afin de conduire au mieux la chaleur. La vitre 120, la première ouverture et la seconde ouverture sont positionnées (ici alignées) de manière à laisser passer un rayonnement extérieur au système de capture d’image thermique 100 vers le capteur 131. Le dispositif de capture 130 peut également comprendre un objectif configuré pour imager l’habitacle du véhicule sur le capteur 131. L’interface thermique 140 permet de mettre en contact la vitre 120 et le dispositif de capture 130. L’interface thermique 140 est par exemple sous forme d’une plaque qui s’étend le long de la vitre 120. L’interface thermique 140 définit une troisième ouverture. La troisième ouverture est de préférence circulaire. En variante, la troisième ouverture peut avoir une autre forme, par exemple rectangulaire. La troisième ouverture est configurée pour laisser passer le rayonnement extérieur vers le capteur 131. L’interface thermique 140 permet de maximiser le contact thermique entre le dispositif de capture 130 et la vitre 120. Ce contact thermique permet de minimiser l’écart de température entre la vitre 120 et le dispositif de capture 130. L’interface thermique 140, la vitre 120 et le dispositif de capture 130 forment un espace étanche contenant une lame de gaz. La lame de gaz est délimitée par la troisième ouverture de l’interface thermique. La lame de gaz contenue dans l’espace étanche permet d’homogénéiser la température de la vitre 120 sur toute sa surface. Ainsi, une unique température peut être estimée pour l’ensemble de la vitre 120. De plus, l’espace étanche permet de protéger le dispositif de capture 130. En effet, le montage du système de capture d’image thermique 100 est effectué de préférence en atmosphère propre. L’espace étant étanche, aucune poussière ne peut y entrer après montage. De préférence, et afin de maximiser la dissipation thermique, l’interface thermique 140 est en contact avec le boitier externe. L’interface thermique 140 est par exemple interposée entre le boitier externe 110 et la vitre 120. L’interface thermique 140 est de préférence composée d’un matériau souple pouvant s’adapter aux tolérances de l’assemblage du système de capture d’image thermique 100. L’interface thermique 140 peut être composée d’un pad thermique (par exemple de type « Bergquist », marque déposée, " Gap Pad VO Ultra Soft " d’épaisseur 1 mm), d’une pâte thermique non durcissante (par exemple de type « DOWSIL », marque déposée, TC-5622 " Thermally Conductive Compound ") ou d’un film d’interface thermique (par exemple de type « Nitto », marque déposée, EST-805(DL) d’épaisseur 50 μm dont la faible épaisseur compense la faible conductivité thermique). L’interface thermique 140 est composé d’un matériau conducteur de chaleur. L’interface thermique 140 a par exemple une forme générale de plaque, avec deux directions principales d’extension (perpendiculaires l’une à l’autre) et une épaisseur s’étendant perpendiculairement à ces deux directions principales d’extension. De préférence, l’interface thermique 140 est composée d’un matériau ayant une conductivité thermique supérieure ou égale à 3,3 W.m -1 .K -1 pour chaque millimètre d’épaisseur. Par exemple, l’interface thermique 140 peut être en silicone. En variante, l’interface thermique 140 peut comprendre plusieurs couches de matériaux différents. Les différentes couches de matériaux permettent alors de conduire la chaleur. L’interface thermique 140 est ici adhésive et permet de fixer la vitre 120 au système de capture d’image thermique 100. En d’autres termes, la vitre 120 est collée à l’interface thermique 130. Le capteur 131 est ici un capteur thermique fonctionnant dans l’infra-rouge. De préférence, le capteur 131 est sensible aux longueurs d’onde entre 7 et 14 micromètres. Le capteur 131 est ici configuré pour capturer une image (ici une image thermique). L’image capturée est une matrice de pixels, par exemple une matrice de dimension 32x24. En variante, l’image capturée peut être de dimension 16x12. Le capteur comprend ici au moins un dispositif à thermopile. Par exemple, le capteur 131 comprend une thermopile et une thermistance pour chaque pixel. Le capteur 131 comprend ici un calculateur qui permet de mesurer les grandeurs électriques (notamment la tension des thermopiles) et délivre pour chaque pixel une information représentant la température de la soudure froide de la thermopile correspondante (température de référence mesurée par la thermistance) et une information représentant la température de la soudure chaude de la thermopile correspondante. La soudure chaude de la thermopile correspondante est influencée par le rayonnement infrarouge reçu dans l’angle solide de mesure du pixel, et la température de la soudure chaude a un lien avec la température reçue par le pixel. La tension de la thermopile est indicative de la différence entre la température de la soudure froide et la température de la soudure chaude (qui correspond à la température rayonnée par les objets situés dans le champ de détection du pixel). Pour obtenir la température de la soudure chaude, le calculateur procède à la somme de la température de la soudure froide (mesurée par la thermistance) et de la différence (mesurée par la thermopile). La température mesurée par chaque pixel peut alors être déterminée en fonction de la température de la soudure chaude pour ce pixel (d’après un modèle physique du capteur concerné). Le calculateur peut alors définir l’image capturée en attribuant à chaque pixel une valeur correspondant à la température mesurée par le pixel comme décrit ci-dessus. Le système de capture d’image thermique 100 comprend en outre une unité de commande 150. L’unité de commande 150 est configurée pour recevoir l’image capturée. L’unité de commande 150 est ici configurée pour calculer une image corrigée 152 grâce à l’image capturée. Le calcul de l’image corrigée 152 comprend une correction des erreurs engendrées par la présence de la vitre. En effet, la présence de la vitre 120 induit des erreurs de mesure dues notamment à la réflexion des ondes infra-rouge émises par le capteur 131 sur la face interne de la vitre 120 vers le capteur 131. Autrement dit, le capteur 131 risque de mesurer sa propre température à cause des réflexions sur la face interne de la vitre 120. De plus, la présence de la vitre 120 induit des erreurs de mesure dues à l’émission par la vitre 120 de sa propre température. Pour estimer ces erreurs et les compenser, il peut être utile de connaitre la température de la vitre 120. La lame de gaz 200 étant homogène en température grâce à l’interface thermique 140, elle permet de maintenir la vitre 120 homogène en température. Ainsi, une seule température de vitre est à estimer, indépendamment de l’endroit de la vitre 120 considéré. La température de la vitre est approximée à la température de la lame de gaz 200. La température de la lame de gaz 200 peut être estimée grâce à l’équation : où est la température de la lame de gaz 200, est la température du point focal du dispositif de capture 130, et est l’écart de température entre le plan focal du dispositif de capture 130 et de la lame de gaz 200. La température du point focal est ici mesurée grâce à un capteur thermique intégré dans le dispositif de capture 130. Le bon couplage thermique entre la lame de gaz 200 et le dispositif de capture 130 crée un écart de température stable qui peut être considéré comme une constante. L’écart de température est établi grâce à des mesures expérimentales lors de la conception du système de capture d’image thermique 100. On définit une température corrigée comme la température correspondant à la température mesurée corrigée des erreurs de mesure, c’est-à-dire à la température estimée des objets observés par un pixel. La température corrigée peut être calculée grâce à la température mesurée par le dispositif de capture 130 et par la température de la lame de gaz . En effet, la température corrigée est calculée grâce à l’équation : où est coefficient d’absorption thermique de la vitre 130. Le coefficient d’absorption thermique prend notamment en compte l’absorption interne de la vitre 130 correspondant à l’absorption des ondes infra-rouges par la vitre. De plus, le coefficient d’absorption thermique prend en compte des réflexions des ondes infra-rouges sur la face externe de la vitre 130. L’unité de commande 150 peut être configurée pour calculer une image corrigée 152. L’image corrigée 152 peut comprendre une valeur de température corrigée pour chaque pixel. Un exemple d’image corrigée 152 est représentée en FIG. 3 . En variante, les températures corrigées ne sont pas calculées pour chaque pixel et l’image corrigée 152 peut comprendre au moins une valeur de température corrigée sur au moins un pixel. De préférence, l’unité de commande 150 est configurée pour mémoriser au moins une zone d’intérêt de l’image capturée. La au moins une zone d’intérêt est un groupement de pixels comprenant au moins deux pixels. La au moins une zone d’intérêt peut être définie en fonction des endroits de l’habitacle du véhicule considérés comme intéressants à monitorer pour améliorer le confort thermique des passagers. Par exemple, des zones d’intérêts peuvent être définies sur des vitres du véhicules et sur les têtes des passagers du véhicule. Ici, trente zones d’intérêts sont définies. En pratique le nombre de zones d’intérêts définies peut varier de 2 zones à 100 zones, par exemple. L’unité de commande 150 est configurée ici pour calculer au moins une température représentative de la au moins une zone d’intérêt. Par exemple, la température représentative de la au moins une zone d’intérêt peut être définie comme la moyenne des températures corrigées des pixels appartenant à la au moins une zone d’intérêt. L’unité de commande 150 peut également être configurée pour calculer la température minimale et la température maximale de la au moins une zone d’intérêt. La température minimale peut être définie comme la plus petite température des températures corrigées de chaque pixel. La température maximale peut être définie comme la plus grande température des températures corrigées de chaque pixel. L’unité de commande 150 est ici configurée pour envoyer des informations à un réseau informatique interne au véhicule. Par exemple, l’unité de commande 150 peut envoyer les valeurs de températures calculées à une autre unité de commande. En variante, l’unité de commande 150 peut être configurée pour piloter le système de climatisation du véhicule en fonction des valeurs de température calculées et dans le but d’optimiser le confort thermique des passagers. La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. Système de capture d’image thermique (100) comprenant : - un boitier (110) définissant une première ouverture, - une vitre (120) configurée pour recouvrir au moins en partie la première ouverture, - un dispositif de capture (130) positionné à l’intérieur du boitier (110) et comprenant un capteur (131) et une enveloppe extérieure (132), l’enveloppe extérieure (132) logeant le capteur (131) et définissant une seconde ouverture, la vitre (120), la première ouverture et la seconde ouverture étant positionnées de manière à laisser passer un rayonnement extérieur vers le capteur (131), le système de capture d’image (100) étant caractérisé en ce qu’il comprend une interface thermique (140) positionnée pour être en contact avec la vitre (120) et en contact avec le dispositif de capture (130), ladite interface thermique (140) définissant une troisième ouverture configurée pour laisser passer ledit rayonnement extérieur vers le capteur (131) et pour définir avec la vitre (120) et le dispositif de capture (130) un espace étanche contenant une lame de gaz (200). Système de capture d’image thermique (100) selon la revendication 1, dans lequel l’interface thermique (140) est composée d’un matériau ayant une conductivité thermique supérieure ou égale à 3,3 W.m -1 .K -1 pour chaque millimètre d’épaisseur. Système de capture d’image thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel l’interface thermique (140) est composée d’un matériau souple. Système de capture d’image thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la vitre (120) est collée à l’interface thermique (130). Système de capture d’image thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le capteur (131) est configuré pour capturer une image comprenant des pixels, la valeur de chaque pixel correspondant à une température mesurée du rayonnement reçu sur ledit pixel et le système de capture d’image thermique (100) comprenant en outre une unité de commande (150) configurée pour recevoir l’image capturée. Système de capture d’image thermique (100) selon la revendication 5, dans lequel l’unité de commande (150) est configurée pour calculer une température corrigée sur au moins un pixel. Système de capture d’image thermique (100) selon la revendication 6, dans lequel le calcul de la température corrigée d’un pixel comprend une correction des erreurs engendrées par la présence de la vitre (120). Système de capture d’image thermique (100) selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel l’unité de commande (150) est configurée pour mémoriser au moins une zone d’intérêt de l’image capturée, la au moins une zone d’intérêt comprenant au moins deux pixels et l’unité de commande (150) étant configurée pour calculer au moins une température représentative de la au moins une zone d’intérêt. Système de capture d’image thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le capteur (131) est un capteur thermique infra-rouge. Système de capture d’image thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel le capteur (131) comprend au moins un dispositif à thermopile. Système de capture d’image thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel l’interface thermique (140) est en contact avec le boitier (110). Système de capture d’image thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel la vitre (120) comprend un revêtement anti-reflet dans l’infra-rouge. Système de capture d’image thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel l’enveloppe extérieure (132) est au moins partiellement métallique.