FR3144458A1 - Système de détection d’un véhicule automobile comportant un module d’émission et un module de réception d’un faisceau lumineux - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un système lumineux d’un véhicule automobile comportant un module d'émission (2) comportant un module lumineux (21) apte à émettre un faisceau lumineux (F1) dont le spectre présente au moins une portion dans le spectre visible, le module lumineux étant apte à modifier l’état de polarisation (S, P) du faisceau lumineux émis, et une unité de modulation (22) apte à recevoir une instruction de modulation (Seq, Sig), et agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler le module lumineux pour moduler l’état de polarisation du faisceau lumineux émis. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Système de détection d’un véhicule automobile comportant un module d’émission et un module de réception d’un faisceau lumineux

L’invention concerne le domaine de l’éclairage automobile et des fonctions de communications d’un véhicule ou de détection d’un objet par un véhicule automobile et d’estimation de la distance séparant cet objet du véhicule. Plus précisément, l’invention concerne un système d’éclairage d’un véhicule automobile apte à mettre en œuvre des fonctions de télémétrie ou de communication au moyen de la lumière qu’il émet.

Il est connu, dans le domaine automobile, d’utiliser un faisceau lumineux pulsé émis par un module lumineux d’un système lumineux d’un véhicule automobile pour réaliser une fonction photométrique donnée.

De façon classique, la source lumineuse permettant l’émission de ce faisceau lumineux est contrôlée par un signal électrique modulé en largeur d’impulsion, ou PWM (de l’anglais « Pulse Width Modulation »). La source lumineuse est ainsi périodiquement activée et désactivée par ce signal PWM, de sorte que le faisceau lumineux émis soit composé d’impulsions lumineuses se succédant avec une fréquence suffisamment élevée pour que l’œil humain ne les distingue plus. L’intensité du faisceau lumineux émis est fonction du rapport cyclique de ce signal PWM, de sorte qu’il soit possible de la contrôler en ajustant ce rapport cyclique et donc de réaliser une fonction photométrique.

Au-delà de la réalisation d’une ou plusieurs fonctions photométriques, comme un feu diurne ou un éclairage de type croisement, diverses fonctions peuvent être mises en œuvre par ce type de module lumineux. Par exemple, la source lumineuse du module lumineux peut être contrôlée pour que les impulsions du faisceau lumineux émis transportent une séquence de données. Le système lumineux peut ainsi réaliser une fonction de télémétrie en étant équipé d’un module de réception afin de recevoir le faisceau lumineux émis, après réflexion sur un objet au voisinage du véhicule. Une unité de calcul du véhicule automobile peut alors, après détection de la séquence de données dans le faisceau lumineux reçu, déterminer le temps de vol du faisceau lumineux émis et donc évaluer la distance séparant le véhicule de l’objet. Un autre système, équipant un autre véhicule ou une infrastructure, peut aussi comporter un tel module de réception ainsi qu’une unité de calcul, ce qui permet de réaliser une fonction de communication véhicule à véhicule ou véhicule à infrastructure.

De la sorte, le faisceau lumineux peut conserver sa fonction originelle, à savoir réaliser une fonction photométrique, tout en permettant au système lumineux de mettre en œuvre une fonction de télémétrie, laquelle peut être particulièrement avantageuse par exemple pour des fonctions d’assistance à la conduite ou dans le cadre d’une conduite autonome ou semi-autonome, et/ou une fonction de communication.

Toutefois, ce type de système basé sur l’utilisation d’un module d’émission capable à la fois de réaliser une fonction lumineuse photométrique et une transmission de données présente un inconvénient. En effet, le module de réception destiné à recevoir le faisceau lumineux transportant les données, qu’il soit agencé dans le même véhicule ou dans un autre véhicule ou une infrastructure, doit comporter au moins un photodétecteur pour convertir ce faisceau lumineux en un signal électrique, lequel peut alors être traité par l’unité de calcul pour y détecter une ou plusieurs impulsions.

Or, dans certaines conditions, ce photodétecteur peut voir son rapport signal à bruit être fortement dégradé, compte tenu des sources de lumière parasite présentes dans l’environnement du véhicule, comme de l’éclairage urbain, de l’éclairage automobile de véhicules croisés ou suivis, voire de la lumière du soleil dans des conditions d’ensoleillement importantes, et de la nature des objets présents dans l’environnement, et notamment de leur capacité de réflexion. Cette dégradation du rapport signal à bruit peut alors diminuer la précision de l’unité de calcul dans l’estimation de la distance de l’objet cible, voire entrainer des détections de faux positifs.

Il existe ainsi un besoin pour un système lumineux d’un véhicule automobile, capable de réaliser à la fois une fonction photométrique donnée et une fonction de transmission d’information, et dont le rapport signal à bruit soit amélioré.

La présente invention se place dans ce contexte, et vise à répondre à ce besoin.

A ces fins, l’invention a pour objet un système lumineux d'un véhicule automobile, comportant un module d'émission comportant un module lumineux apte à émettre un faisceau lumineux dont le spectre présente au moins une portion dans le spectre visible, le module lumineux étant apte à modifier l’état de polarisation du faisceau lumineux émis, et une unité de modulation apte à recevoir une instruction de modulation, et agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler le module lumineux pour moduler l’état de polarisation du faisceau lumineux émis.

A contrario des solutions connues, lesquelles proposent de moduler l’amplitude, en tout ou rien, de ce faisceau lumineux émis, ce qui les rend sensibles au bruit et induit des pertes de performance au regard des fonctions photométriques qu’elles réalisent, l’invention se propose ainsi de transmettre de l’information via des états de polarisation de la lumière du faisceau lumineux émis par un module lumineux, lequel réalise nativement une fonction photométrique. Une séquence de données ou un signal particulier pourra ainsi être codée dans un faisceau lumineux émis au travers de changements, discrets ou continus, de l’état de polarisation de la lumière qui le compose. Il pourra par exemple s’agir d’une suite de changements d’une polarisation rectiligne horizontale P vers une polarisation rectiligne horizontale S, et inversement. Il pourra encore s’agir d’une suite de changements d’une polarisation circulaire gauche vers une polarisation circulaire droite, et inversement. Plus généralement, il pourra encore s’agir de changements de valeurs du déphasage entre les composantes verticales et horizontales de la lumière, les variations de ce déphasage pouvant être continues, la modulation étant ainsi de type analogique, ou pouvant se faire entre plusieurs valeurs discrètes de déphasage, définies préalablement, la modulation étant alors de type numérique.

Il est ainsi possible de moduler un signal prédéterminé ou une séquence de données prédéterminée pour permettre au système de mettre en œuvre simultanément une fonction photométrique donnée et une fonction de télémétrie. Il est également possible de moduler une séquence de données, ou un signal, transportant une information que le véhicule souhaite communiquer à un autre véhicule ou une autre infrastructure.

Il est à relever que les sources de lumière susceptibles de générer du bruit venant s’ajouter au faisceau lumineux émis, émettent de la lumière qui n’est globalement pas ou peu polarisée, ou en d’autres termes composée de trains d’ondes polarisées aléatoirement. En d’autres termes, une portion du faisceau lumineux modulé avec un état de polarisation donné sera bruitée par une partie seulement de cette lumière, de sorte que le rapport signal à bruit est amélioré.

Dans un mode de réalisation de l’invention, le module lumineux comporte une source lumineuse et un contrôleur de polarisation apte à modifier l’état de polarisation de la lumière émise par la source lumineuse, et l’unité de modulation est agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler le contrôleur de polarisation pour entrainer une séquence de changements d’état de polarisation de la lumière émise par la source lumineuse.

Par exemple, le contrôleur de polarisation pourra comporter un polariseur linéaire agencé en aval de la source lumineuse et apte à polariser de la lumière émise par la source lumineuse selon une direction de polarisation donnée, et un élément optique à retard agencé en aval du polariseur linéaire et apte à polariser de la lumière issue du polariseur avec un état de polarisation elliptique, l’élément optique à retard étant monté rotatif dans le module lumineux, notamment autour d’un axe de rotation sensiblement confondu avec la direction globale d’émission de la source lumineuse. On comprend ainsi que la position angulaire de l’élément optique à retard permet ainsi de contrôler l’angle d’ellipticité de la lumière issue du contrôleur de polarisation.

Le cas échéant, le contrôleur de polarisation est équipé d’un actionneur apte à entrainer une rotation de l’élément optique à retard et l’unité de modulation est agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler l’actionneur pour entrainer une séquence de rotations de l’élément optique à retard, de sorte à provoquer une séquence de changements de l’angle d’ellipticité de la lumière issue du contrôleur de polarisation.

L’unité de modulation pourra par exemple asservir la rotation de l’élément optique à retard à un signal modulant donné, prédéterminé ou reçu d’une unité de calcul, de sorte que l’angle d’ellipticité de la lumière émise par le module lumineux reproduise ce signal modulant. En variante, l’unité de modulation pourra par exemple contrôler la rotation de l’élément optique à retard selon une séquence de données modulante, prédéterminée ou reçue d’une unité de calcul, de sorte que l’angle d’ellipticité de la lumière émise soit commuté séquentiellement entre plusieurs valeurs discrètes selon les données de la séquence de données modulantes. Les valeurs des données de cette séquence se trouvent ainsi codées dans les valeurs d’angle d’ellipticité, ou dans les changements de ces valeurs, que présente successivement la polarisation du faisceau lumineux émis par le module lumineux.

Par exemple, le polariseur linéaire pourra comporter une lame semi-réfléchissante inclinée selon l’angle de Brewster vis-à-vis de l’axe d’émission de la source lumineuse ou un polariseur à grille. Par exemple toujours, l’élément optique à retard pourra comporter une ou plusieurs lames à retard, demi-onde ou quart d’onde, ou encore une paire de prismes de Fresnel en losange.

Dans un autre mode de réalisation, alternatif ou cumulatif, le module lumineux comporte une source lumineuse de type spin-LED apte à émettre de la lumière présentant une polarisation circulaire dont le sens est contrôlable et l’unité de modulation est agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler la source lumineuse pour entrainer une séquence de changements de sens de la polarisation circulaire de la source lumineuse. Une telle spin-LED est notamment conçue à partir de plusieurs couches superposées de semi-conducteur, comme une première couche de nitrure de gallium non dopé (GaN), suivie de couches de nitrure de gallium dopé au silicium (n-Gan), de couches de nitrure d'aluminium-gallium dopé au silicium (n- AlGaN, couche de blocage de trou), de couches de nitrure de gallium non dopé (GaN), de couches de nitrure d'indium-gallium (InGaN, couche active formant un puit quantique), de couche de nitrure d'aluminium-gallium dopé au magnésium (p-AlGaN, couche de blocage d’électron) et de couches de nitrure de gallium dopé au magnésium (p-GaN), et incluant une couche d’injection de spin, par exemple d’une couche de nitrure de gallium-chrome (GaCrN). Dans un exemple, l’unité de modulation pourra être apte à appliquer un champ magnétique, par exemple d’amplitude de quelques Tesla, à la spin-LED, via cette couche d’injection de spin, pour contrôler le sens de polarisation circulaire.

L’unité de modulation pourra par exemple contrôler le sens de rotation de la polarisation circulaire de la lumière émise par la source lumineuse selon une séquence de données modulante, prédéterminée ou reçue d’une unité de calcul, de sorte que ce sens de rotation soit commuté séquentiellement entre une valeur gauche et une valeur droite, selon les données de la séquence de données modulantes. Les valeurs des données de cette séquence se trouvent ainsi codées dans les sens de rotation, ou dans les changements de sens de rotation, que présente successivement la polarisation circulaire du faisceau lumineux émis par le module lumineux.

Dans un autre mode de réalisation, alternatif ou cumulatif, le module lumineux comporte une pluralité de sources lumineuses chacune contrôlable sélectivement et une pluralité de dispositifs polarisateurs chacun associé à l’une des sources lumineuses en étant agencé pour polariser de la lumière émise par cette source lumineuse selon un état de polarisation donné, et l’unité de modulation est agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler lesdites sources lumineuses pour entrainer une séquence d’activation sélective des sources lumineuses.

L’unité de modulation pourra par exemple activer séquentiellement des sources lumineuses, les unes après les autres, selon une séquence de données modulante, prédéterminée ou reçue d’une unité de calcul, de sorte que le faisceau lumineux émis par le module lumineux soit composé d’un train continu de faisceaux élémentaires dont les états de polarisation varient selon les données de la séquence de données modulantes. Les valeurs des données de cette séquence se trouvent ainsi codées dans les états de polarisation, ou dans les changement d’états de polarisation, que présente successivement le faisceau lumineux émis par le module lumineux.

Par exemple, le module lumineux pourra comporter deux sources lumineuses, par exemple deux puces à semi-conducteur émettrices de lumière d’une même diode électroluminescente contrôlables sélectivement, et un premier polariseur linéaire agencé en aval de l’une des puces et apte à polariser de la lumière émise par cette puce selon une direction de polarisation donnée ainsi qu’un deuxième polariseur linéaire agencé en aval de l’autre des puces et apte à polariser de la lumière émise par cette puce selon une autre direction de polarisation donnée. Il est ainsi possible de réaliser, de façon simple, une modulation binaire par déplacement de polarisation du faisceau lumineux. En variante, on pourra concevoir que le module lumineux comporte plus de deux sources lumineuses, les états de polarisation définis par les dispositifs polarisateurs associés à ces sources lumineuses étant tous distincts les uns des autres, sans être limités nécessairement à des états de polarisation rectilignes.

Dans un mode de réalisation de l’invention, le modules lumineux est apte à émettre un faisceau lumineux dont le spectre présente un pic à une longueur d’onde dans le visible, notamment comprise entre 400 nm et 500 nm. Avantageusement, le module lumineux comporte une source lumineuse comprenant un générateur à semi-conducteur apte à émettre un faisceau lumineux élémentaire, notamment dont le spectre présente un pic à une longueur d’onde dans le visible, et un élément photoluminescent apte à convertir ledit faisceau lumineux élémentaire pour obtenir ledit faisceau lumineux.

Le semi-conducteur pourra par exemple être un nitrure de gallium, ou encore GaN, apte à émettre, par électroluminescence et en réponse à un courant électrique le traversant, des rayons de lumière bleue. L’élément photoluminescent pourra par exemple être sous la forme d’une résine comportant un grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au cérium, ou CE:YAG, apte à absorber de la lumière bleue et, par photoluminescence et en réponse à l’excitation réalisée par cette lumière, à émettre des rayons de lumière jaune. L’élément photoluminescent est disposé sur le générateur de sorte qu’une partie des rayons de lumière bleue excite cet élément pour qu’il émette, par photoluminescence des rayons de lumière jaune. L’autre partie des rayons de lumière bleue traverse cet élément. Ainsi, la source lumineuse émet simultanément, lorsqu’elle est alimentée électriquement, des rayons de lumière bleue et jaune, la lumière ainsi formée apparaissant blanche pour l’œil humain.

La source lumineuse pourra ainsi être une source de type laser, une diode électroluminescente, une diode laser à cavité verticale émettant par la surface, également appelée VCSEL (de l’anglais « Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser ») ou encore une diode superluminescente ou SLED (de l’anglais « Superluminescent diode »).

Avantageusement, le module lumineux pourra comporter une unité optique agencée pour projeter les rayons lumineux émis par la source lumineuse pour former ledit faisceau lumineux.

Avantageusement, l’unité de modulation est apte à recevoir une séquence de données modulante, et l’unité de modulation est agencée pour, à la réception de ladite séquence de données modulante, contrôler le module lumineux pour moduler l’état de polarisation du faisceau lumineux émis par le module lumineux selon un alphabet de modulation de polarisation donné et selon la séquence de données modulante. Un alphabet de modulation de polarisation pourra par exemple associer à un symbole, c’est-à-dire une valeur qu’est susceptible de prendre une donnée d’une séquence modulante ou une suite de plusieurs valeurs successives, un état de polarisation donné ou un changement d’un état de polarisation vers un autre état de polarisation. Ce mode de réalisation correspond ainsi à une modulation numérique de la polarisation du faisceau lumineux émis par le module lumineux. Chaque donnée, ou suite de données, de la séquence de données modulante pourra ainsi être transposée, selon cet alphabet, en un état de modulation du faisceau lumineux émis par le module lumineux, la séquence d’états de modulation empruntée par le faisceau lumineux modulé codant ainsi la séquence de données modulante. La séquence de données pourra être une séquence prédéterminée, destinée à la réalisation d’une fonction de télémétrie, ou une séquence variable transportant une information, destinée à la réalisation d’une fonction de communication de cette information.

En variante, on pourra prévoir que l’unité de modulation soit apte à recevoir un signal modulant et que l’unité de modulation soit agencée pour, à la réception du signal modulant, contrôler le module lumineux pour moduler l’état de polarisation du faisceau émis selon ce signal modulant, les changements d’état de polarisation reproduisant le signal modulant. Ce mode de réalisation correspond ainsi à une modulation analogique de la polarisation du faisceau lumineux émis par le module lumineux.

Dans un mode de réalisation, le système lumineux comporte un module de réception apte à recevoir un faisceau lumineux, le module de réception comportant un module d’acquisition élémentaire comprenant une pluralité de photodétecteurs chacun apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique, et le module d’acquisition élémentaire comportant, pour chaque photodétecteur, un filtre polariseur d’un état de polarisation donné, agencé pour transmettre uniquement vers ce photodétecteur, une composante dudit faisceau lumineux reçu présentant ledit état de polarisation donné. Il est ainsi possible de discriminer, dans le faisceau lumineux reçu, un faisceau lumineux modulé émis par le module lumineux du module de réception du système, ou d’un système équivalent équipant un autre véhicule ou une infrastructure. On pourra avantageusement prévoir que le module de réception comporte une pluralité de modules d’acquisition élémentaires. Le cas échéant, l’ensemble des états de polarisation filtrés par les filtres polariseurs pourra correspondre aux états de polarisation de l’alphabet de modulation de polarisation employé par l’unité de modulation.

Par exemple, l’ensemble des photodétecteurs peut former un capteur, par exemple un unique composant électronique.

Avantageusement, le photodétecteur du ou de chaque module d’acquisition élémentaire est une photodiode à avalanche. Ce type de photodétecteur est également connu sous le nom de SPAD, de l’anglais « Single-Photon Avalanche Diode ». L’ensemble des photodiodes à avalanche peut ainsi former un photomultiplicateur sur silicium ou SiPM (de l’anglais « Silicon PhotoMultiplier »). Ce type de photodétecteur permet de détecter l’incidence d’un seul photon avec un gain important, par exemple de l’ordre de 10⁶, et donc de pallier les dégradations du rapport signal-à-bruit dues aux conditions externes.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, le module de réception peut comporter une unité optique agencée devant le ou les modules d’acquisition élémentaires. On pourra prévoir que les filtres polariseurs soient disposés entre le module d’acquisition élémentaire et l’unité optique ou qu’il soit disposé en amont de ladite unité optique.

Dans un mode de réalisation, le système lumineux comporte une unité de calcul agencée pour générer un signal modulant et pour transmettre ledit signal modulant à l’unité de modulation pour l'émission d'un faisceau lumineux modulé par le module lumineux. Le cas échéant, l’unité de calcul est agencée pour déterminer un temps de vol séparant l'émission du faisceau lumineux modulé émis, de la réception d’un faisceau lumineux reçu par le module de réception, à partir d’un ou plusieurs signaux électriques convertis par l’un ou plusieurs desdits photodétecteur du module d’acquisition élémentaire à partir dudit faisceau lumineux reçu. Le signal modulant pourra être un signal continu prédéterminé ou une séquence de données prédéterminée.

Dans un exemple de réalisation de l’invention, le système lumineux comporte une unité de démodulation reliée auxdits photodétecteurs et agencée pour extraire un signal, dit démodulé, à partir d’un ou plusieurs signaux électriques convertis par l’un ou plusieurs desdits photodétecteur du module d’acquisition élémentaire à partir dudit faisceau lumineux reçu. Le cas échéant, l’unité de calcul est agencée pour détecter, dans un signal démodulé extrait par l’unité de démodulation, la présence dudit signal modulant et pour déterminer, à partir de ladite détection, un temps de vol séparant l’émission dudit faisceau lumineux émis de la réception dudit faisceau lumineux reçu. En d’autres termes, la détection de la présence du signal modulant dans le signal modulé permet d’identifier l’instant de réception de ce signal modulant dans le faisceau lumineux reçu, et donc d’estimer le temps de vol du faisceau lumineux modulé, afin de permettre la réalisation d’une fonction de photométrie. On notera que cette détection du signal modulant pourra être réalisée sans faire appel à un algorithme de corrélation.

En variante, l’unité de calcul peut être agencée pour estimer chaque valeur d’une fonction de corrélation entre ledit signal démodulé et ledit signal modulant en évaluant la corrélation croisée du signal modulé et le signal modulant retardé d’une durée donnée associée à ladite valeur. En d’autres termes, chaque valeur de la fonction de corrélation est ainsi associée à une valeur d’un décalage temporel du signal modulant employé pour estimer cette valeur de la fonction de corrélation. L’unité de calcul est ainsi agencée pour identifier la valeur de décalage temporel associée à la valeur maximum de la fonction de corrélation croisée. L’unité de calcul peut ainsi déterminer un temps de vol séparant l’émission dudit faisceau lumineux modulé émis de la réception dudit faisceau lumineux reçu à partir des valeurs de la fonction de corrélation.

Par exemple, dans le cas d’une modulation numérique, l’unité de calcul peut être agencée pour générer une séquence de données modulante et pour transmettre ladite séquence de données modulante à l’unité de modulation pour l'émission d'un faisceau lumineux modulé par le module lumineux, et l’unité de démodulation est reliée auxdits photodétecteurs et agencée pour extraire une séquence de données, dite démodulée, à partir d’un ou plusieurs signaux électriques, convertis par l’un ou plusieurs desdits photodétecteur du module d’acquisition élémentaire à partir dudit faisceau lumineux reçu, et de l’alphabet de modulation de polarisation employé par l’unité de modulation.

Par exemple, l’unité de démodulation pourra être agencée pour, lors de la réception d’un signal électrique converti par l’un des photodétecteurs du module d’acquisition élémentaire, émettre un symbole correspondant, dans l’alphabet de modulation de polarisation employé par l’unité de modulation, à l’état de polarisation filtré par le filtre polariseur associé à ce photodétecteur.

En variante, dans le cas d’une modulation analogique, les filtres polariseurs agissent comme des échantillonneurs de la valeur de l’état de polarisation du faisceau lumineux reçu. Dès lors, un signal électrique converti par l’un des photodétecteurs du module d’acquisition élémentaire et reçu par l’unité de démodulation pourra être converti en ladite valeur de l’état de polarisation filtré par le filtre polariseur associé à ce photodétecteur, et l’unité de démodulation sera agencée pour extrapoler un signal démodulé à partir de ces valeurs converties.

Dans un mode de réalisation de l’invention, le module d’émission est agencé dans un projecteur avant du véhicule automobile. Avantageusement, le module de réception et le module d’émission sont agencés dans un projecteur avant du véhicule automobile.

De préférence, le module d’émission est agencé de sorte que le faisceau lumineux participe, totalement ou partiellement, à la réalisation d’une fonction photométrique réglementaire prédéterminée. Il pourra par exemple s’agit d’un feu diurne ou DRL (de l’anglais « Daytime Running Lamp »), lequel présente comme avantage d’être émis dans un champ large avec une intensité faible.

L’invention a également pour objet un procédé de transmission d’une information, le procédé étant mis en œuvre par un système lumineux, notamment par un système lumineux selon l’invention.

La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention, et à partir des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent :

représente, schématiquement et partiellement, une vue d’un système d’un véhicule automobile selon un exemple de réalisation de l’invention ;

représente, schématiquement et partiellement, un premier exemple de réalisation du système de la ;

représente, schématiquement et partiellement, un procédé de transmission d’une information mis en œuvre par le système lumineux de la ;

représente, schématiquement et partiellement, un deuxième exemple de réalisation du système de la ; et

représente, schématiquement et partiellement, un procédé de transmission d’une information mis en œuvre par le système lumineux de la .

Dans la description qui suit, les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.

On a représenté en un système 1 d’un véhicule automobile selon un exemple de réalisation de l’invention.

Le système 1 comporte un module d’émission 2 agencé pour émettre un faisceau lumineux F1 et un module de réception 3 destiné à recevoir un faisceau lumineux F2.

Dans l’exemple décrit, le module d’émission 2 et le module de réception 3 sont agencés dans un même projecteur avant du véhicule automobile. On pourra prévoir que les modules 2 et 3 soient agencés en différents endroits du véhicule automobile, sans sortir du cadre de la présente invention.

Le module d’émission 2 comporte un module lumineux 21 destiné à émettre un faisceau lumineux F1 et une unité de modulation 22.

Le module lumineux 21 est agencé pour que le faisceau lumineux F1 qu’il émet, présente un spectre électromagnétique dont au moins une portion est située dans le spectre visible. Dans l’exemple décrit, le spectre présente un pic d’intensité, ou raie, dans le bleu à 450 nm. On notera qu’il est possible que le spectre présente d’autres pics d’intensité, dans le visible et/ou dans l’infrarouge.

Afin d’émettre ce faisceau lumineux F1, le module lumineux 21 comporte une source lumineuse 23 apte à émettre des rayons lumineux et une unité optique 24 agencée pour projeter ces rayons lumineux pour former le faisceau lumineux F1. Dans l’invention, l’unité optique 24 pourra indifféremment comporter un ou plusieurs réflecteurs, une ou plusieurs lentilles, un ou plusieurs diaphragmes ou un ou plusieurs collimateurs ou encore une combinaison de plusieurs de ces éléments optiques.

La source lumineuse 23 comporte par exemple un générateur à semi-conducteur (non représenté), par exemple un nitrure de gallium ou encore GaN, apte à émettre, par électroluminescence et en réponse à un courant électrique le traversant, des rayons de lumière bleue avec un pic d’émission à 450 nm. La source lumineuse comporte également un élément photoluminescent, sous la forme d’une résine comportant un grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au cérium, ou CE:YAG, apte à absorber de la lumière bleue et, par photoluminescence et en réponse à l’excitation réalisée par cette lumière, à émettre des rayons de lumière jaune.

L’élément photoluminescent est disposé sur le générateur de sorte qu’une partie des rayons de lumière bleue excite cet élément pour qu’il émette, par photoluminescence des rayons de lumière jaune. L’autre partie des rayons de lumière bleue traverse cet élément. Ainsi, la source lumineuse 23 émet simultanément, lorsqu’elle est alimentée électriquement, des rayons de lumière bleue et jaune, la lumière ainsi formée apparaissant blanche pour l’œil humain.

Dans la mesure où le faisceau lumineux F1 est composé, partiellement ou totalement, de lumière blanche, il est possible d’employer ce faisceau lumineux pour participer, partiellement ou totalement, à la réalisation d’une fonction photométrique, notamment réglementaire, prédéterminée. Dans ce cas, l’unité optique 24 est agencée pour mettre en forme ce faisceau lumineux F1 de sorte que sa distribution photométrique satisfasse les exigences de ladite fonction. Dans l’exemple décrit, le faisceau lumineux F1 participe à la réalisation d’une fonction de type feu diurne, ou DRL.

En plus de cette fonction photométrique, le faisceau lumineux F1 permet au système 1 réaliser de transmettre de l’information, afin de réaliser des fonctions de détection et d’évaluation de la position d’un objet sur la route et/ou de communication.

A ces fins, le module lumineux 21 est apte à modifier l’état de polarisation du faisceau lumineux émis F1. Comme cela sera décrit dans les exemples des à , le module lumineux peut indifféremment être agencé pour modifier l’état de polarisation de façon continue, par exemple en modifiant de façon continue la valeur du déphasage entre les composantes verticales et horizontales de la lumière du faisceau lumineux F1, également nommé angle d’ellipticité ; ou de façon discrète, par exemple en commutant l’état de polarisation entre plusieurs états donnés ou en commutant la valeur de l’angle d’ellipticité entre plusieurs valeurs discrètes.

En outre, le système 1 comporte une unité de calcul 4.

Selon la fonction que le système 1 doit réaliser, l’unité de calcul 4 peut générer soit un signal prédéterminé, destiné à la réalisation d’une fonction de télémétrie, soit un signal variable, destiné à la transmission d’une information, encodée dans ce signal ou cette séquence, à un autre véhicule ou à une infrastructure. Le signal généré pourra être un signal continu ou une séquence de données, selon la capacité du module lumineux 21 à modifier l’état de polarisation du faisceau lumineux F1 de façon continue ou discrète.

Dans le cas d’une fonction de télémétrie, on pourra prévoir que la séquence de données soit un signal binaire présentant différentes caractéristiques prédéterminées, comme notamment un pic d’autocorrélation pour un décalage temporel nul et/ou des valeurs d’autocorrélation faibles pour un décalage temporel non nul et/ou une longueur importante, ces caractéristiques permettant d’améliorer le rapport signal à bruit du système. Une telle séquence pourra par exemple être générée au moyen d’un algorithme de génération de code aléatoire ou de code pseudo aléatoire.

Ce signal, dit modulant, est transmis par l’unité de calcul à l’unité de modulation 22 du module lumineux 21.

L’unité de modulation 22 est alors agencée pour contrôler le module lumineux 21 pour, d’une part, contrôler l’émission du faisceau lumineux F1, et d’autre part, pour moduler l’état de polarisation du faisceau lumineux émis F1 selon ce signal modulant, de sorte que ce signal modulant soit transporté par les changements de l’état de polarisation du faisceau lumineux modulé F1.

Dans l’exemple décrit, l’unité de modulation 22 comporte un générateur d’un signal de contrôle modulé en largeur d’impulsion. Ce signal de contrôle permet de contrôler une alimentation à découpage (non représenté) de la source lumineuse 23. De façon classique, le rapport cyclique de ce signal de contrôle, fixé par l’unité de modulation 22, permet ainsi de contrôler la puissance électrique moyenne fournie à la source lumineuse 23 et donc de contrôler l’intensité lumineuse du faisceau lumineux F1, de sorte à satisfaire les exigences de la fonction photométrique qu’il réalise.

Dans le cas d’une fonction de télémétrie, le faisceau lumineux F1 est ainsi émis jusqu’à atteindre un objet, situé dans l’environnement du véhicule, lequel le réfléchit en direction du module de réception 3. Dans le cas d’une fonction de communication, le faisceau lumineux F1 est ainsi émis jusqu’à atteindre un autre système, situé dans l’environnement du véhicule, équipé d’un module de réception équivalent au module de réception 3. Symétriquement, le module de réception 3 peut ainsi recevoir un faisceau lumineux F2 émis par un module d’émission d’un autre système, équivalent au module d’émission 2.

Dans les deux cas, le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception est ainsi composé d’une partie du faisceau lumineux F1, réfléchi par l’objet ou transmis par un autre système, et de bruit, par exemple généré par des sources de lumière parasite comme de l’éclairage urbain, de l’éclairage automobile, voire le soleil.

Come montré en , le module de réception 3 comporte une unité optique 31, en aval de laquelle sont prévus une pluralité de modules d’acquisition élémentaires 32. Le module de réception 3 comporte par ailleurs une unité de démodulation 33.

Chacun des modules d’acquisition élémentaires 32 comporte une pluralité de photodétecteurs, ainsi que, pour chaque photodétecteur, un filtre polariseur d’un état de polarisation donné, agencé pour transmettre uniquement vers ce photodétecteur, une composante dudit faisceau lumineux reçu présentant ledit état de polarisation donné. Pour un même module d’acquisition élémentaire 32, chaque filtre polariseur est associé à un état de polarisation différent de tous les autres états de polarisation associés aux autres filtres polariseurs de ce module 32.

Le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 est ainsi concentré par l’unité optique 31 sur l’un ou plusieurs des modules d’acquisition élémentaires, pour ensuite être filtré par les filtres polariseurs. Dans le cas où le faisceau lumineux F2 comporte une composante polarisée selon un état de polarisation donné, cette composante sera donc transmise, au travers du filtre polariseur d’un module 32 associé à cet état de polarisation donné, au photodétecteur agencé en aval de ce filtre, et sera bloquée par tous les autres filtres de ce module 32.

Les photodétecteurs sont identiques et sont chacun formés par une photodiode à avalanche d’un photomultiplicateur sur silicium. Ces photodiodes sont réparties de façon matricielle. On notera que les dimensions des photodétecteurs sont de l’ordre du micromètre. L’ensemble forme ainsi un capteur dont la résolution spatiale de réception est de l’ordre de 0,1°, et dont les capacités de détection, du fait de l’utilisation de photodiodes à avalanche, sont particulièrement importantes, même en cas de conditions d’acquisition dégradées.

Chacun des photodétecteurs convertit la portion du faisceau lumineux F2 qu’il reçoit, après passage au travers du filtre polariseur associé, en un signal électrique qu’il transmet à l’unité de démodulation 33. On comprend donc que, dans le cas où le faisceau lumineux F2 comporte une partie du faisceau lumineux F1 modulé, réfléchi par un objet ou transmis par un autre système, les photodétecteurs vont convertir successivement une portion de ce faisceau lumineux F2 en un signal électrique, selon l’état de polarisation du faisceau F1 modulé. L’unité de démodulation 33 reçoit ainsi un signal électrique d’un module d’acquisition élémentaire 32, composé d’une séquence de signaux transmis chacun par l’un des photodétecteurs de ce module d’acquisition élémentaire 32 et correspondant ainsi à l’état de modulation filtré par le filtre polariseur associé à ce photodétecteur.

L’unité de démodulation 33 extrait ainsi un signal, dit démodulé, à partir de ce signal électrique transmis par ce module d’acquisition élémentaire 32, selon la technique de modulation employée par l’unité de modulation 22 pour moduler le faisceau lumineux F1. Ce signal démodulé est alors transmis à l’unité de calcul 4.

Dans le cas où le système 1 met en œuvre une fonction de communication, le signal démodulé peut alors être traité par l’unité de calcul 4 et/ou transmise à un calculateur du véhicule, pour y être interprétée, décodée et/ou transmise à un équipement ou à un utilisateur du véhicule.

Dans le cas d’une fonction de télémétrie, l’unité de calcul 4 peut ainsi y détecter la présence du signal modulant prédéterminé, avec laquelle l’unité de modulation 22 a modulé le faisceau lumineux F1 émis par le module lumineux 21. Dans ce cas, l’unité de calcul peut déterminer un temps de vol séparant l’émission du faisceau lumineux F1 de la réception de la portion du faisceau lumineux F2 contenant ce signal modulant.

On va désormais décrire un exemple de réalisation du système lumineux 1, dans le cadre d’une modulation numérique, en lien avec la qui représente ce système 1 et avec la qui représente un procédé de transmission et de réception d’information mis en œuvre par le système lumineux 1 de la .

Dans cet exemple, le module lumineux 21 comporte deux sources lumineuses 23a et 23, formées par deux puces à semi-conducteur émettrices de lumière d’une même diode électroluminescente. Ces sources lumineuses 23a et 23b sont contrôlables sélectivement par l’unité de modulation.

Le module lumineux 21 comporte également un premier polariseur linéaire 25a agencé en aval de la source 23a et apte à polariser de la lumière émise par cette source 23a selon une direction de polarisation P ainsi qu’un deuxième polariseur linéaire 25b agencé en aval de la source 23b et apte à polariser de la lumière émise par source 23b selon une direction de polarisation S. Dans l’exemple décrit, chaque polariseur linéaire 25a et 25b est formé par un polariseur à grille, étant entendu qu’on pourra indifféremment employer un autre type de polariseur linéaire, comme une lame semi-réfléchissante inclinée selon l’angle de Brewster vis-à-vis de l’axe d’émission de la source lumineuse.

L’unité de modulation 22 dispose d’un alphabet A de modulation de polarisation associant à un symbole « 1 » une polarisation rectiligne P et à un symbole « 0 » une polarisation rectiligne S.

Afin de transmettre une information, pour une fonction de télémétrie ou de communication, l’unité de calcul génère, dans une première étape, une séquence de données modulante Seq et transmet ladite séquence de données modulante Seq à l’unité de modulation 22.

Pour chaque donnée de la séquence Seq, l’unité de modulation 22 détermine, dans une deuxième étape, à l’aide de l’alphabet A, l’état de polarisation S ou P que doit présenter le faisceau lumineux F1 pour coder la valeur de cette donnée.

Dans une troisième étape, pour chaque donnée de la séquence Seq, l’unité de modulation 22 active ainsi, pendant une durée donnée, la source lumineuse 23a ou 23b associée au polariseur linéaire 25a, 25b polarisant selon l’état de polarisation déterminé pour cette donnée.

Le faisceau lumineux F1 émis par le module lumineux 21 est ainsi composé d’un train continu de faisceaux élémentaires polarisés de façon rectiligne et dont les états de polarisation varient selon les données de la séquence de données modulantes Seq. Les valeurs des données de cette séquence Seq se trouvent ainsi codées dans les états de polarisation que présente successivement le faisceau lumineux F1. Le faisceau lumineux F1 transporte ainsi la séquence de données modulante Seq, tout en réalisant une fonction photométrique de type feu de jour.

On pourra par exemple prévoir que les changements d’état de polarisation se succèdent avec une fréquence suffisamment élevée, par exemple supérieure à 10 MHz, notamment comprise entre 50 MHz et 100 MHz.

Du point de vue de la chaine de réception, le module de réception 3 comporte, pour chaque module d’acquisition élémentaire 32, deux photodétecteurs 32c et deux filtres polariseurs linéaires 32a et 32b, chacun apte à filtrer, dans une quatrième étape, une composante dudit faisceau lumineux F2 reçu présentant une polarisation rectiligne S ou P.

Dans une cinquième étape, l’unité de démodulation 33 peut ainsi, selon qu’un signal électrique provienne de l’un ou l’autre des photodétecteurs 32c, déterminer si la direction de polarisation de la portion du faisceau lumineux F2 reçu est de type S ou P.

Dans une sixième étape, l’unité de démodulation 33, disposant également de l’alphabet A, génère ainsi une séquence de données démodulée Seq_d composée, pour chaque direction de polarisation déterminée à l’étape précédente, du symbole associé à cette direction dans l’alphabet A.

Cette séquence de données démodulée peut alors être transmise à l’unité de calcul 4, pour y être traitée selon que le système 1 réalise une fonction de télémétrie ou de communication.

On notera que la modulation qui vient d’être décrite est une modulation binaire à déplacement de polarisation. On pourra envisager d’employer une modulation à déplacement de polarisation plus complexe, par exemple en utilisant un nombre de sources lumineuses et de polariseurs plus important, de sorte que l’alphabet de modulation présente plus de deux entrées et puisse encoder une séquence de plusieurs bits en un état de modulation donné.

Par ailleurs, on pourrait employer, à la place des sources lumineuses et des polariseurs linéaires, une source lumineuse de type spin-led, apte à émettre de la lumière polarisée circulairement et dont le sens est contrôlable par l’unité de modulation 22. Le cas échéant, les données seront codées, dans le faisceau lumineux modulé F1, par une polarisation circulaire gauche ou droite.

On va désormais décrire un autre exemple de réalisation du système lumineux 1, dans le cadre d’une modulation analogique, en lien avec la qui représente ce système 1 et avec la qui représente un procédé de transmission et de réception d’information mis en œuvre par le système lumineux 1 de la .

Dans cet exemple, le module lumineux 21 comporte une source lumineuse 23 et un contrôleur de polarisation 25. Dans l’exemple décrit, le contrôleur de polarisation 25 comporte une lame demi-onde apte à polariser de façon rectiligne la lumière émise par la source lumineuse 23 et une lame quart d’onde apte à polariser de la lumière issue de la lame demi-onde avec un état de polarisation elliptique.

La lame quart d’onde est montée rotative dans le module lumineux et le contrôleur de polarisation 25 comporte un actionneur, contrôlé par l’unité de modulation 22, permet d’entrainer une rotation de la lame quart d’onde vers une configuration angulaire donnée.

Afin de transmettre une information, pour une fonction de télémétrie ou de communication, l’unité de calcul génère, dans une première étape, un signal modulant Sig et transmet ce signal modulant Sig à l’unité de modulation 22.

L’unité de modulation 22 génère une instruction de contrôle Pol de l’actionneur du contrôleur de polarisation 25, définissant pour chaque valeur du signal modulant Sig un angle de rotation de la lame quart d’onde.

Dans une troisième étape, l’unité de modulation 22 contrôle simultanément l’émission du faisceau lumineux F1 et la rotation de la lame quart d’onde selon l’instruction de contrôle Pol.

La configuration angulaire de la lame quart d’onde définissant directement l’angle d’ellipticité de la lumière issue du contrôleur de polarisation, le contrôle de la lame quart d’onde selon l’instruction de contrôle Pol permet ainsi de moduler, de façon continue, l’état de polarisation du faisceau lumineux F1 selon le signal modulant Sig. En d’autres termes, le faisceau lumineux modulé F1 présente un angle d’ellipticité variable, cette variation reproduisant sensiblement le signal modulant Sig. Le faisceau lumineux modulé F1 transporte ainsi le signal modulant Sig, tout en réalisant une fonction photométrique de type feu de jour.

Du point de vue de la chaine de réception, le module de réception 3 comporte, pour chaque module d’acquisition élémentaire 32, une pluralité de photodétecteurs 32e et une pluralité de filtres polariseurs 32d, chacun apte à filtrer, dans une quatrième étape, une composante dudit faisceau lumineux F2 reçu présentant un état de polarisation donné.

On comprend donc que les filtres polariseurs 32d agissent comme des échantillonneurs de la valeur de l’état de polarisation du faisceau lumineux reçu F2, la précision de cet échantillonnage dépendant du nombre de filtres polariseurs employés.

Dans une cinquième étape, l’unité de démodulation 33 peut ainsi, selon qu’un signal électrique provienne de l’un ou l’autre des photodétecteurs 32e, convertir ce signal en une valeur Val, correspondant à l’état de polarisation filtré par le filtre polariseur 32d associé à ce photodétecteur.

Enfin, dans une sixième étape, l’unité de démodulation 33 extrapole un signal démodulé Sig_d à partir de ces valeurs converties Val.

Ce signal démodulé peut alors être transmise à l’unité de calcul 4, pour y être traité selon que le système 1 réalise une fonction de télémétrie ou de communication.

La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, à savoir fournir un système d’un véhicule automobile capable de réaliser à la fois une fonction photométrique donnée et une fonction de transmission d’information, et dont le rapport signal à bruit soit amélioré. Ces objectifs sont notamment atteints en modulant la polarisation du faisceau lumineux émis par le système, cette modulation pouvant être numérique ou analogique.

En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. En particulier, on pourra prévoir d’employer d’autres types de source lumineuse que celui décrit, comme une diode laser, une VCSEL ou une SLED. On pourra encore prévoir de réaliser d’autres fonctions photométriques que celle décrite, et notamment des fonctions d’éclairage de type croisement ou des fonctions de signalisation de type feu de position.

Claims (10)

1. Système lumineux (1) d'un véhicule automobile, comportant un module d'émission (2) comportant un module lumineux (21) apte à émettre un faisceau lumineux (F1) dont le spectre présente au moins une portion dans le spectre visible, le module lumineux étant apte à modifier l’état de polarisation du faisceau lumineux émis, et une unité de modulation (22) apte à recevoir une instruction de modulation (Seq, Sig), et agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler le module lumineux pour moduler l’état de polarisation (P, S) du faisceau lumineux émis (F1).
2. Système lumineux (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le module lumineux (21) comporte une source lumineuse (23), et un contrôleur de polarisation (25) apte à modifier l’état de polarisation de la lumière émise par la source lumineuse, et en ce que l’unité de modulation (22) est agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation (Seq, Sig), contrôler le contrôleur de polarisation pour entrainer une séquence de changements d’état de polarisation de la lumière émise par la source lumineuse.
3. Système lumineux selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module lumineux (21) comporte une source lumineuse de type spin-LED apte à émettre de la lumière présentant une polarisation circulaire dont le sens est contrôlable et en ce que l’unité de modulation (22) est agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation (Seq, Sig), contrôler la source lumineuse pour entrainer une séquence de changements de sens de la polarisation circulaire de la source lumineuse.
4. Système lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module lumineux (21) comporte une pluralité de sources lumineuses (23a, 23b) chacune contrôlable sélectivement et une pluralité de dispositifs polarisateurs (25a, 25b) chacun associé à l’une des sources lumineuses en étant agencé pour polariser de la lumière émise par cette source lumineuse selon un état de polarisation donné (S, P), et en ce que l’unité de modulation (22) est agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation (Seq, Sig), contrôler lesdites sources lumineuses pour entrainer une séquence d’activation sélective des sources lumineuses.
5. Système lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité de modulation (22) est apte à recevoir une séquence de données modulante (Seq), et en ce que l’unité de modulation est agencée pour, à la réception de ladite séquence de données modulante, contrôler le module lumineux (21) pour moduler l’état de polarisation (S, P) du faisceau lumineux (F1) émis par le module lumineux selon un alphabet (A) de modulation de polarisation donné et selon la séquence de données modulante.
6. Système lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un module de réception (3) apte à recevoir un faisceau lumineux (F2), dans lequel le module de réception comporte un module d’acquisition élémentaire (32) comprenant une pluralité de photodétecteurs (32c, 32e) chacun apte à convertir un signal lumineux qu’il reçoit en un signal électrique, et en ce que le module d’acquisition élémentaire comporte, pour chaque photodétecteur, un filtre polariseur (32a, 32b, 32d) d’un état de polarisation donné (S, P) agencé pour transmettre uniquement vers ce photodétecteur, une composante dudit faisceau lumineux reçu présentant ledit état de polarisation donné.
7. Système lumineux (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de calcul (4) agencée pour générer un signal modulant (Seq, Sig) et pour transmettre ledit signal modulant à l’unité de modulation (22) pour l'émission d'un faisceau lumineux modulé (F1) par le module lumineux (21), et en ce que l’unité de calcul est agencée pour déterminer un temps de vol séparant l'émission du faisceau lumineux modulé émis, de la réception d’un faisceau lumineux reçu (F2) par le module de réception (3), à partir d’un ou plusieurs signaux électriques convertis par l’un ou plusieurs desdits photodétecteur (32a, 32b, 32d) du module d’acquisition élémentaire (32) à partir dudit faisceau lumineux reçu.
8. Système lumineux (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de démodulation (33) reliée auxdits photodétecteurs (32a, 32b, 32d) et agencée pour extraire un signal (Seq_d, Sig_d), dit démodulé, à partir d’un ou plusieurs signaux électriques convertis par l’un ou plusieurs desdits photodétecteur du module d’acquisition élémentaire (32) à partir dudit faisceau lumineux reçu (F2) ; et en ce que l’unité de calcul (4) est agencée pour détecter, dans un signal démodulé extrait par l’unité de démodulation, la présence dudit signal modulant (Seq, Sig) et pour déterminer, à partir de ladite détection, un temps de vol séparant l’émission dudit faisceau lumineux émis (F1) de la réception dudit faisceau lumineux reçu (F2).
9. Système lumineux (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que le module d'émission (2) est agencé dans un projecteur avant du véhicule automobile.
10. Système lumineux (1) selon la revendication précédente, dans lequel le module lumineux (2) est agencé de sorte que le faisceau lumineux (F1) participe, totalement ou partiellement, à la réalisation d'une première fonction photométrique réglementaire prédéterminée.