Brevet FR3161337A1 — publié le 20251017

L’invention concerne un dispositif de capture d’images (1) comprenant une matrice (10) d’éléments photosensibles (100), chaque élément photosensible comportant une surface photosensible (110) et des moyens de collectage (120) de la lumière, disposés sur la surface photosensible, agencés pour acheminer la lumière provenant d’une scène extérieure sur la surface photosensible, au moins un des éléments photosensibles étant sensible à une plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge. Selon l’invention les moyens de collectage dudit élément photosensible sont conformés pour acheminer la lumière sur une partie (110A) seulement de la surface photosensible dudit élément photosensible. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Dispositif de capture d’images et Système de surveillance d’un conducteur d’un véhicule automobile La présente invention concerne de manière générale le domaine technique de la capture d’images. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de capture d’images. Elle concerne également un système de surveillance d’un conducteur d’un véhicule automobile. Arrière-plan technologique Les systèmes de surveillance de conducteur (plus connus sous l’acronyme anglais de DMS pour « driver monitoring system ») fonctionnent traditionnellement dans le domaine infrarouge ou proche infrarouge. Cela permet par exemple de fonctionner de nuit avec une source de lumière infrarouge, qui n’éblouit donc pas le conducteur, ou encore de détecter les yeux du conducteur à travers des lunettes de soleil. Dans ce contexte, un système de surveillance de conducteur comprend généralement un dispositif de capture d’images sensible à la lumière infrarouge. La netteté des images produites par le dispositif de capture d’images est cependant assez mauvaise. En effet, les photons infrarouges, qui transportent moins d'énergie que les photons visibles, se propagent assez loin dans le matériau semi-conducteur photosensible. Ainsi, la lumière reçue par un élément photosensible, c’est-à-dire par un pixel du détecteur du dispositif de capture d’images, peut être détectée par l’élément photosensible voisin (phénomène connu en anglais sous le nom de « pixel cross-talk »), ce qui génère une image floue. Cette faible netteté est un problème pour la précision des algorithmes de surveillance des conducteurs. Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de capture d’images comprenant une matrice d’éléments photosensibles, chaque élément photosensible comportant une surface photosensible et des moyens de collectage de la lumière, disposés sur la surface photosensible, agencés pour acheminer la lumière provenant d’une scène extérieure sur la surface photosensible, au moins un des éléments photosensibles étant sensible à une plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge, les moyens de collectage dudit élément photosensible étant conformés pour acheminer la lumière sur une partie seulement de la surface photosensible dudit élément photosensible. Ainsi grâce à l’invention, la surface de l’élément photosensible qui reçoit effectivement de la lumière est inférieure à la surface photosensible totale de l’élément photosensible. Ceci est équivalent à réduire structurellement la surface photosensible de l’élément photosensible. Utiliser seulement une partie de la surface photosensible a pour conséquence de réduire la sensibilité globale du dispositif de capture d’images (puisque moins de lumière est collectée par les éléments photosensibles) en contrepartie d’une augmentation de la netteté de l’image. Cette augmentation de la netteté est particulièrement intéressante pour les algorithmes de surveillance des conducteurs qui ont besoin de percevoir des détails. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - lesdits moyens de collectage dudit élément photosensible sont conformés pour acheminer la lumière sur moins de 80% de la surface photosensible dudit élément photosensible ; - lesdits moyens de collectage dudit élément photosensible sont conformés pour acheminer la lumière sur moins de 65% de la surface photosensible dudit élément photosensible ; - lesdits moyens de collectage dudit élément photosensible sont conformés pour acheminer la lumière sur moins de 50% de la surface photosensible dudit élément photosensible ; - lesdits moyens de collectage dudit élément photosensible comprennent une lentille agencée en vis-à-vis de la surface photosensible dudit élément photosensible, la lentille présentant une forme conçue pour faire converger la lumière seulement sur ladite partie ; - la lentille présente une taille inférieure à celle de la surface photosensible dudit élément photosensible ; - lesdits moyens de collectage dudit élément photosensible comprennent un élément de blocage de la lumière disposé en regard d’une périphérie de la surface photosensible dudit élément photosensible ; - l’élément de blocage comprend au moins l’un parmi : un masque au contact d’une couche externe dudit élément photosensible et ; une paroi s’étendant entre la surface photosensible dudit élément photosensible et la couche externe dudit élément photosensible ; - ledit élément photosensible est sensible uniquement à une plage de longueurs d’onde comprise entre 900 nm et 980 nm ; - une pluralité des éléments photosensibles sont sensibles à une plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge. L’invention concerne aussi un système de surveillance d’un conducteur d’un véhicule automobile comprenant un dispositif de capture d’images tel de décrit ci-dessus et une source de lumière infrarouge. Ainsi, de manière remarquable, la réduction relative de sensibilité globale du dispositif de capture d’images est compensée par l’utilisation d’une source de lumière qui assure une illumination suffisante de la scène, c’est-à-dire ici de l’habitacle du véhicule automobile. Bien entendu, 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. Description de l’invention La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : FIG. 1 est une représentation schématique d’un système de surveillance d’un conducteur d’un véhicule automobile selon l’invention, FIG. 2 est une représentation schématique de côté de trois éléments photosensibles d’un dispositif de capture d’images selon l’invention, FIG. 3 est une représentation schématique de dessus d’une surface photosensible d’un élément photosensible de la FIG. 2 . Un dispositif de capture d’images 1 selon l’invention est représenté sur la FIG. 1 . Le dispositif de capture d’images 1 fonctionne au moins en partie dans le domaine infrarouge et de préférence dans le domaine du proche infrarouge qui est par exemple défini par des longueurs d’onde comprises entre 700 nm et 2000 nm. Cela signifie que le dispositif de capture d’images 1 est adapté à générer des images sur la base de longueurs d’onde comprises dans le domaine infrarouge. Le dispositif de capture d’images 1 est par exemple une caméra infrarouge. Comme le montre la FIG. 1 , le dispositif de capture d’images 1 est prévu pour faire partie d’un système de surveillance 3 d’un conducteur d’un véhicule automobile. Le système de surveillance 3 comprend aussi une source de lumière 2. La source de lumière 2 est agencée dans l’habitacle du véhicule automobile de sorte à éclairer le visage du conducteur. La source de lumière 2 est conçue pour émettre de la lumière dans une plage de longueur d’onde à laquelle le dispositif de capture d’images 1 est sensible, c’est-à-dire ici pour émettre de la lumière infrarouge. La source de lumière 2 est ainsi une source de lumière infrarouge telle qu’une diode infrarouge. Les images produites par le dispositif de capture d’images 1 peuvent ensuite être traitées par des algorithmes de surveillance du conducteur, mis en œuvre par le système de surveillance 3 (qui comprend aussi des moyens de traitement informatique non représentés sur la FIG. 1 ), afin d’assurer des fonctions telles que la commande des freins du véhicule lorsqu’un niveau élevé de distraction ou de somnolence du conducteur est détecté. Le dispositif de capture d’images 1 comprend une matrice 10 d’éléments photosensibles 100, aussi appelés pixels. Comme le montre la FIG. 1 , la matrice 10 d’éléments photosensibles 100 est sensiblement plane. Elle est placée au plan image du dispositif de capture d’images 1, qui comprend aussi un ensemble de dispositifs optiques conçu pour faire converger la lumière de la scène extérieure, provenant notamment du visage du conducteur, sur la matrice 10 d’éléments photosensibles 100 (seulement certains des éléments photosensibles sont schématiquement représentés sur la FIG. 1 ). La matrice 10 comprend par exemple 1000 par 1000 éléments photosensibles 100. Trois des éléments photosensibles 100 de la matrice 10 sont représentés en détail sur la FIG. 2 , ils sont séparés par des traits pointillés. Dans l’exemple de la FIG. 2 , tous les éléments photosensibles 100 sont sensibles à une plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge, c’est-à-dire un intervalle de longueurs d’onde prédéterminés du domaine infrarouge. De préférence, ils sont sensibles uniquement à ladite plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge. Cela signifie par exemple que leur efficacité quantique est inférieure à 5% hors de ladite plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge. Ladite plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge s’étend par exemple de 900 nm et 980 nm. La source de lumière 2 peut alors être une diode émettant principalement de la lumière à 940 nm. En variante, seulement certains des éléments photosensibles de la matrice, par exemple un sur quatre, peuvent être sensibles à ladite plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge. Les autres sont alors sensibles à des plages de longueurs d’onde données du domaine visible correspondant typiquement au rouge, au vert et au bleu. Le dispositif de capture d’images est alors par exemple une caméra dite « RGB-IR » (selon l’acronyme anglais de Red Green Blue - InfraRed, c’est-à-dire Rouge Vert Bleu - InfraRouge). Tel que représenté sur les figures, les éléments photosensibles 100 sont tous identiques (ce sont tous des pixels infrarouges), mis à part leur position au sein de la matrice 10. La description qui sa suivre est donc faite en référence à un seul de ces éléments photosensibles. Comme le montre la FIG. 2 , l’élément photosensible 100 comprend une surface photosensible 110 et des moyens de collectage 120 de la lumière, disposés sur la surface photosensible 110. La surface photosensible 110 correspond à une surface, ici celle tournée vers la scène extérieure, d’un bloc photosensible 111 en matériau semi-conducteur, tel que du silicium, adaptée à convertir des photons en signaux électriques. Lorsqu’un photon est incident sur la surface photosensible 110, il pénètre plus ou moins profondément dans l’épaisseur du bloc photosensible 111 et est détecté au moyen d’un circuit électronique. Dans l’exemple de la FIG. 2 , le bloc photosensible 111 forme ici, avec des connections électriques appropriées (non représentées), une photodiode. La surface photosensible 110 correspond ainsi ici à la surface de collecte de la lumière de la photodiode. Comme le montre la FIG. 2 , chaque élément photosensible 100 comprend aussi, en sus du bloc photosensible 111, un élément de stockage 130 conçu pour mémoriser temporairement le signal électrique généré par le bloc photosensible 111 et un ou des compartiments 140 prévus pour faire passer des circuits électroniques. Ici, la matrice 10 d’élément photosensibles est de type CMOS. Dans une variante non représentée, lorsque l’ensemble de la surface de la matrice est sensible à la lumière (typiquement lorsqu’elle est de type CCD « plein cadre »), la taille de chaque surface photosensible est égale à la surface de la matrice divisée par le nombre d’éléments photosensibles qu’elle comprend. A titre d’exemple, lorsque la matrice présente une surface de 25 mm² et 1000 par 1000 éléments photosensibles, la surface photosensible de chaque élément photosensible est de 25 µm². Comme le montre la FIG. 3 , la surface photosensible 110 présente ici une forme carrée. La surface photosensible 110 présente une surface qui est par exemple comprise entre 9 µm² et 25 µm². Les moyens de collectage 120 de l’élément photosensible 100 sont agencés pour acheminer la lumière provenant de la scène extérieure sur la surface photosensible 110. On entend ici par « acheminer » le fait de conduire, c’est-à-dire de transmettre au moins partiellement, la lumière qui est incidente sur lesdits moyens de collectage 120 jusqu’à la surface photosensible 110 sur laquelle ils sont disposés. Comme le montre la FIG. 2 , les moyens de collectage 120 comprenant notamment un élément de structure 121, un filtre 122, et une couche de protection 123. L’élément de structure 121 s’élève à partir de la surface photosensible 100. Il repose ici sur la surface photosensible, il est donc au contact de celle-ci. L’élément de séparation 121 est réalisé dans un matériau au moins partiellement transparent à ladite plage de longueur d’onde donnée du domaine infrarouge, par exemple en silice. L’élément de structure 121 joue un rôle de support pour le filtre 122 et la couche de protection 123. Il affecte peu, de préférence le moins possible, le trajet de la lumière qui le traverse. Le filtre 122 s’étend en regard de la surface photosensible 110, ici parallèlement à cette dernière comme représenté sur la FIG. 2 . Le filtre 122 est ici un filtre infrarouge transmettant majoritairement, de préférence exclusivement, les longueurs d’ondes comprises dans ladite plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge. Ceci permet de rendre l’élément photosensible 100 spécifiquement sensible au domaine infrarouge bien que le bloc photosensible 111 en matériau semi-conducteur puisse être sensible à une large plage de longueurs d’onde. La couche de protection 123 s’étend elle-aussi en regard de la surface photosensible 110, ici sensiblement parallèlement à cette dernière comme représenté sur la FIG. 2 . La couche de protection 123 est réalisée dans un matériau au moins partiellement transparent à ladite plage de longueur d’onde donnée, par exemple en matériau plastique ou en verre. La couche de protection 123 forme ici une couche externe de l’élément photosensible 100. Les moyens de collectage 120 de l’élément photosensible 100 sont plus spécifiquement conformés pour acheminer la lumière sur une première partie 110A seulement de la surface photosensible 110 de l’élément photosensible 100. La première partie 110A délimite une partie ou portion seulement de la surface photosensible 110. En d’autres termes, il est prévu qu’une seconde partie 110B, de surface non-nulle, de la surface photosensible 110 de l’élément photosensible 100 ne reçoive pas de lumière. Les moyens de collectage 120 sont ainsi conformés pour que la lumière de la scène extérieure illumine sélectivement la première partie 110A de la surface photosensible 110, c’est-à-dire seulement la première partie 110A (et pas la seconde partie 110B). Comme le montre bien la FIG. 3 , la seconde partie 110B de la surface photosensible 110 est complémentaire de la première partie 110A dans le sens où la réunion des deux forme l’intégralité de la surface photosensible 110. La première partie 110A de la surface photosensible 110 recevant de la lumière est ici une partie centrale, qui est distante (ici équidistante) des bords de la surface photosensible 110, qui est aussi de forme carrée. Dans l’exemple de la FIG. 3 , la seconde partie 110B forme une bande, dont le pourtour également carré, entourant la première partie 110A. D’autres répartitions surfaciques entre la première et la seconde partie sont évidemment possibles. Chacune des première et seconde parties peut aussi comprendre plusieurs sous-parties disjointes. Augmenter la surface de la deuxième partie 110B de la surface photosensible 110, et donc réduire celle de la première partie 110A, permet avantageusement d’augmenter la netteté des images infrarouges (propriété des images communément définie par le terme anglais de « sharpness »). Ainsi, la première partie 110A de la surface photosensible 110 représente par exemple moins de 80% de la surface de la surface photosensible 110, voire moins de 65% de la surface de la surface photosensible 110, voire moins de 50% de la surface de la surface photosensible 110. Cette augmentation se fait toutefois au détriment de la sensibilité des images infrarouges, c’est-à-dire de leur intensité globale. Sur l’exemple de la FIG. 3 , la fonction de transfert de modulation de l’élément photosensible 100 dépend du ratio de la largeur L1 de la première partie 110A sur la largeur L2 de la surface photosensible 110. Tel que représenté sur la FIG. 2 , les moyens de collectage 120 comprennent plusieurs dispositifs permettant l’illumination spécifique de la première partie 110A, à savoir : une lentille 124 ; un masque 125 ; et une paroi 126. Bien entendu, les moyens de collectage 120 peuvent comprendre seulement un ou deux de ces dispositifs. La lentille 124 est agencée en vis-à-vis de la surface photosensible 110. Comme schématisé sur la FIG. 2 , la lentille 124 présente une forme conçue pour faire converger la lumière (représentée par les rayons R1 en traits pleins) seulement sur la première partie 110A de la surface photosensible 110. La lentille 124 vient ici de formation avec la couche de protection 123 dans le sens où elle constitue une partie de la couche de protection 123. La lentille 124 est ici délimitée par une face plane 123A de la couche de protection 123, sensiblement parallèle à la surface photosensible 110, et une face convexe 123B de la couche de protection 123, opposée à la face plane 123A. La face convexe 123B est ainsi orientée vers la scène extérieure, elle est destinée à recevoir la lumière provenant de cette scène. La lentille 124 présente ici globalement une forme de calotte sphérique dans le sens où le pourtour de la face convexe 123B est circulaire. La lentille 124 présente de préférence une taille inférieure à celle de la surface photosensible 110. Cela signifie par exemple que, parallèlement à la surface photosensible 110, la face convexe 123B est moins étendue que la surface photosensible 110 qu’elle surplombe. Pour augmenter l’effet de convergence de la lentille 124, il peut être prévu d’augmenter la courbure de la face convexe 123B. Le masque 125 et la paroi 126 forment chacun un élément de blocage de la lumière. En effet, à la différence de la lentille 121, qui met en forme la lumière, le masque 125 et la paroi 126 bloquent, par exemple en les absorbant, une partie de la lumière. Ici, le masque 125 et la paroi 126 sont disposés en périphérie de l’élément photosensible 100. La périphérie de l’élément photosensible 100 correspond à ses bordures, c’est-à-dire là où l’élément photosensible 100 est adjacent aux autres éléments photosensibles 100 ou aux bords de la matrice 10. Sur la FIG. 2 , cette partie bloquée de la lumière est représentée par les rayons R2 en traits pointillés. Comme le montre la FIG. 2 , la masque 125 comprend ici une fine couche d’un matériau opaque, par exemple de couleur noire. Le masque 125 est par exemple formé par une couche de peinture appliquée directement sur la couche de protection 123, ce qui rend sa réalisation particulièrement simple. Bien entendu, le masque 125 peut être réalisé dans d’autres matériaux, par exemple en matériau plastique. Tel que cela est représenté sur la FIG. 2 , le masque 125 recouvre toute la couche de protection 123 à l’exception de sa face convexe 123B. Toutefois, le masque 125 peut recouvrir en partie la face convexe 123B de la couche de protection 123 ou, au contraire, s’étendre à distance de la face convexe 123B. Le masque 125 agit ici comme un diaphragme limitant la quantité de lumière pouvant arriver sur la surface photosensible. Comme le montre la FIG. 2 , la paroi 126 s’étend entre la surface photosensible 110 et la couche de protection 123. La paroi 126 est réalisée dans un matériau opaque. La paroi 126 présente ici une forme de cylindre creux (dont deux côtés se faisant face sont visibles sur la FIG. 2 ) de section carrée. La paroi 126 forme ainsi un conduit de section réduite par rapport à la surface photosensible 110, ce qui permet de canaliser la lumière vers la première partie 110A de la surface photosensible 110. Ici, la paroi 126 surplombe au moins partiellement la seconde partie 110B de la surface photosensible 110. 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. Par exemple, lorsque le dispositif de capture d’images comprend des pixels infrarouges et des pixels couleurs, par exemple lorsqu’il est une caméra RGB-IR, certains des filtres peuvent transmettre sélectivement des plages de longueurs d’onde correspondant à la lumière visible, par exemple rouge, verte et bleue. La lentille pourrait être un élément rapporté sur la couche de protection. Le masque pourrait au contact de la couche de protection du côté de la face plane de la couche de protection. Le masque pourrait par exemple être interposé entre la couche de protection et le filtre. La paroi peut présenter toute forme adaptée à cacher au moins partiellement la seconde partie de la surface photosensible. La paroi peut présenter une hauteur variable entre la surface photosensible et la couche de protection. Elle peut par exemple s’étendre jusqu’au bloc photosensible. Elle peut présenter des sections de différente forme, par exemple une section circulaire. Elle peut aussi comprendre plusieurs sous parois distinctes les unes des autres. Encore en variante, les moyens de collectage peuvent ne pas comprendre de paroi. Dispositif de capture d’images (1) comprenant une matrice (10) d’éléments photosensibles (100), chaque élément photosensible (100) comportant une surface photosensible (110) et des moyens de collectage (120) de la lumière, disposés sur la surface photosensible (110), agencés pour acheminer la lumière provenant d’une scène extérieure sur la surface photosensible (110), au moins un des éléments photosensibles (100) étant sensible à une plage de longueurs d’onde donnée du domaine infrarouge, caractérisé en ce que les moyens de collectage (120) dudit élément photosensible (100) sont conformés pour acheminer la lumière sur une partie (110A) seulement de la surface photosensible (110) dudit élément photosensible (100). Dispositif de capture d’images (1) selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de collectage (120) dudit élément photosensible (100) sont conformés pour acheminer la lumière sur moins de 80% de la surface photosensible (110) dudit élément photosensible (100). Dispositif de capture d’images (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens de collectage (120) dudit élément photosensible (100) sont conformés pour acheminer la lumière sur moins de 65% de la surface photosensible (110) dudit élément photosensible (100). Dispositif de capture d’images (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lesdits moyens de collectage (120) dudit élément photosensible (100) sont conformés pour acheminer la lumière sur moins de 50% de la surface photosensible (110) dudit élément photosensible (100). Dispositif de capture d’images (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens de collectage (120) dudit élément photosensible (100) comprennent une lentille (124) agencée en vis-à-vis de la surface photosensible (110) dudit élément photosensible (100), la lentille (124) présentant une forme conçue pour faire converger la lumière seulement sur ladite partie (110A). Dispositif de capture d’images (1) selon la revendication 5, dans lequel la lentille (124) présente une taille inférieure à celle de la surface photosensible (110) dudit élément photosensible (100). Dispositif de capture d’images (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel lesdits moyens de collectage (120) dudit élément photosensible (100) comprennent un élément de blocage de la lumière disposé en regard d’une périphérie de la surface photosensible (110) dudit élément photosensible (100). Dispositif de capture d’images (1) selon la revendication 7, dans lequel l’élément de blocage comprend au moins l’un parmi : un masque (125) au contact d’une couche externe (123) dudit élément photosensible (100) et ; une paroi (126) s’étendant entre la surface photosensible (110) dudit élément photosensible (100) et la couche externe (123) dudit élément photosensible (100). Dispositif de capture d’images (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit élément photosensible (100) est sensible uniquement à une plage de longueurs d’onde comprise entre 900 nm et 980 nm. Système de surveillance (3) d’un conducteur d’un véhicule automobile comprenant un dispositif de capture d’images (1) selon l’une des revendications 1 à 9 et une source de lumière infrarouge (2).