FR3166331A3 - Vitrage de véhicule et dispositif optique pour LIDAR - Google Patents

Vitrage de véhicule et dispositif optique pour LIDAR

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Jean Baptiste LAUDEREAU
Tatiana SEVERIN - FABIANI
Yvan SORTAIS
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Abstract

La présente invention concerne un système de vitrage comprenant un vitrage (100) de véhicule présentant une fenêtre (111) de transmission proche infrarouge apte à recevoir un faisceau d’émission (70) issu d’un lidar (7) destiné à être disposé dans l’habitacle du véhicule, un dispositif optique. Selon l’invention, le dispositif optique comporte au moins une lentille convergente (20) présentant une première surface (21) et une deuxième surface (22) orientée vers l’extérieur, la lentille convergente (20) présentant un premier grandissement angulaire dans un premier plan de référence traversant la lentille et un deuxième grandissement angulaire différent du premier grandissement angulaire dans un deuxième plan de référence perpendiculaire au premier plan de référence. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Vitrage de véhicule et dispositif optique pour LIDAR
La présente invention concerne de manière générale des vitrages de véhicules associés à un lidar placé dans l’habitacle.
La télédétection par laser (LIDAR ou lidar), acronyme de l'expression en langue anglaise « light detection and ranging » ou « laser detection and ranging » (soit en français « détection et estimation de la distance par la lumière » ou « par laser ») est envisagée pour les véhicules routiers notamment autonomes pour améliorer la sécurité.
Récemment, il a été proposé de placer un lidar derrière le pare-brise d’un véhicule routier, afin de protéger le lidar des conditions extérieures. Toutefois, cette disposition du lidar derrière un pare-brise, notamment un pare-brise incliné pose plusieurs difficultés. Le lidar est généralement installé dans la partie supérieure de l’habitacle (zone haute du parebrise) pour que les faisceaux émis et reçus par le lidar traversent le vitrage dans une zone proche du bord longitudinal supérieur du vitrage. D’une part, le lidar présente un encombrement important et doit être placé de façon à ne pas gêner à la vision du conducteur. D’autre part, le lidar génère un faisceau d’émission proche infrarouge dans un champ de vue ayant une ouverture angulaire verticale et horizontale. La projection du faisceau d’émission sur le vitrage requiert de réserver une zone du vitrage pour la transmission de ce faisceau d’émission proche infrarouge (dite fenêtre de transmission proche infrarouge).
En pratique, le constructeur du LIDAR prévoit que le faisceau émis par le lidar présente un champ de vue vertical et horizontal donné ayant une section donnée autour d’une direction médiane de pointé.
On connaît du document WO2023/274854 un vitrage d’un véhicule routier avec un lidar dans l’habitacle et un prisme placé sur la face principale interne du vitrage, pour augmenter l’ouverture verticale du champ de vue du lidar à l’extérieur du véhicule. Toutefois, ce prisme permet certes ajuster l’ouverture angulaire en sortie du vitrage dans la direction verticale mais altère la section du champ de vue en sortie du vitrage.
Il est souhaitable de proposer un vitrage alternatif sans l’inconvénient précité et même en réduisant encore l’étendue spatiale (l’empreinte) du faisceau de référence du lidar sur le vitrage.
La présente invention propose un système de vitrage comprenant un vitrage de véhicule, notamment routier, en particulier pare-brise, notamment bombé, le vitrage comprenant : une première feuille de verre (notamment claire) destinée à former le vitrage extérieur avec une première face principale externe et une deuxième face principale orientée vers l’habitacle, et, lorsque le vitrage est feuilleté, comprenant une deuxième feuille de verre destinée à former le vitrage intérieur avec une troisième face principale orientée vers la deuxième face principale et une quatrième face principale orientée vers l’habitacle, et un intercalaire de feuilletage en matière polymère (notamment polyvinylbutyral PVB ou copolymère éthylène/acétate de vinyle EVA ou polyuréthane thermoplastique TPU) disposé entre la deuxième face principale et la troisième face principale, en particulier le vitrage étant destiné à former un angle d’inclinaison (β) inférieur à 90 degrés et même d’au plus 60 ou 50 degrés, avec un axe horizontal (Z) (dans un plan caractéristique) dans le véhicule, notamment le vitrage présentant un bord longitudinal supérieur et un bord longitudinal inférieur.
Le système de vitrage présente une fenêtre de transmission proche infrarouge à une longueur d’onde de travail LB1 dans un domaine proche infrarouge notamment domaine allant de 800nm à 1800nm, en particulier de 850nm à 1600nm, notamment 905±30nm, 940±30nm,1310±30nm, 1550±30nm, (la fenêtre de transmission proche infrarouge étant apte à recevoir un faisceau d’émission à ladite longueur d’onde de travail issu d’une source de lumière d’un lidar destiné à être disposé dans l’habitacle du véhicule).
En particulier, le faisceau d’émission a, en sortie du lidar, une direction médiane de pointé et s’étend sur un champ de vue source d’ouverture angulaire verticale VFOV1 déterminée dans un plan caractéristique comprenant une normale au vitrage et un axe vertical (Y) dans le véhicule et d’ouverture angulaire horizontale HFOV1 déterminée dans un plan perpendiculaire au plan caractéristique, le plan perpendiculaire comprenant la direction médiane de pointé et un axe horizontal (X) transverse à la direction médiane de pointé.
En particulier, le faisceau d’émission en sortie du vitrage a un champ de vue externe d’ouverture angulaire verticale VFOV2 dans le plan caractéristique et d’ouverture angulaire horizontale HFOV2 sur une section inscrite dans un rectangle (et même rectangulaire) dans le plan perpendiculaire au plan caractéristique.
Le système de vitrage comporte aussi un dispositif optique destiné à fournir un champ de vue externe (après la fenêtre de transmission proche infrarouge).
Selon l’invention le dispositif optique comporte une lentille convergente (transparente à la longueur d’onde de travail LB1), de préférence disposée tout ou partie à l’intérieur de l’habitacle, la lentille convergente présentant une première surface, dite surface arrière (face A), et une deuxième surface, opposée à la première surface, orientée vers l’extérieur, dite surface avant (face B), au moins une desdites première surface et deuxième surface étant convexe (et de préférence non réglée).
La lentille convergente présente un premier grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un premier plan de référence traversant la lentille convergente (notamment colinéaire à la direction médiane de pointé) et un deuxième grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un deuxième plan de référence traversant la lentille convergente perpendiculaire au premier plan de référence, le deuxième grandissement angulaire étant différent du premier grandissement angulaire et même le deuxième grandissement angulaire (en valeur absolue) étant supérieur au premier grandissement angulaire.
A l’inverse du prisme qui procure un grandissement unique, la lentille convergente selon l’invention permet d’augmenter indépendamment l’ouverture angulaire verticale et l’ouverture angulaire horizontale du faisceau lidar en sortie du vitrage tout en conservant sensiblement la forme de la section (notamment inscrite dans un rectangle et même rectangulaire) du champ de vue en sortie du vitrage. Un tel système de vitrage permet d’augmenter l’ouverture angulaire horizontale du champ de vue externe du faisceau d’émission par rapport à l’ouverture angulaire horizontale du champ de vue source. Et un tel système de vitrage permet aussi d’augmenter l’ouverture angulaire verticale du champ de vue externe du faisceau d’émission par rapport à l’ouverture angulaire verticale du champ de vue source. L’étendue spatiale (l’empreinte) du faisceau de référence du lidar sur le vitrage (et donc la taille de l’épargne nécessaire sur une couche de masquage périphérique) peut ainsi être limitée tant en largeur (horizontalement) qu’en hauteur (verticalement).
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du système de vitrage conforme à l’invention (et plus largement des caractéristiques de la lentille convergente selon l’invention pour le système du vitrage et/ou du lidar), prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes.
Pour un meilleur fonctionnement optique, la lentille convergente présente de préférence des première et deuxième surfaces qui ont faces libres (donc à l’air), espacées du vitrage plutôt que liées (collées) au vitrage et/ou au lidar.
La lentille convergente est (opère) de préférence en espace libre (dans l’air), notamment elle est externe au LIDAR et tout ou partie dans l’habitacle. En particulier, la lentille convergente est par exemple mécaniquement liée au vitrage (y compris à un platine dans un trou du vitrage) et/ou au lidar en périphérie des première et deuxième surface (des faces libres) de la lentille par exemple au moins par une face latérale : face supérieure et/ou inférieure etc.
La lentille convergente peut présenter des faces latérales préférentiellement planes : une face supérieure, une face inférieure et même deux faces perpendiculaires à la face supérieure et à la face inférieure. L’une au moins des faces latérales permet par exemple de placer la lentille convergente dans une monture opto-mécanique et de l’aligner par rapport au plan de référence du lidar et/ou au plan caractéristique du vitrage. Par exemple la face supérieure et/ou la face inférieure et/ou deux autres faces latérales sont planes.
La lentille convergente peut présenter des faces latérales notamment planes comportant une face supérieure, une face inférieure. En particulier le premier plan de référence passe par la face supérieure et la face inférieure (notamment est un plan vertical et/ou est un plan de symétrie de la lentille) et même les faces inférieure et supérieure sont horizontales.
En particulier la lentille convergente est en vis à vis d’une partie haute et même centrale du vitrage, notamment pare-brise.
La deuxième surface de la lentille convergente peut être nue (donc former directement la face libre) ou présente une couche fonctionnelle (mono ou multicouches) comme un revêtement (dépôt conforme de préférence) ou un film (adhésivé etc) dont la surface externe forme la face libre. La deuxième surface de la lentille convergente peut être nue (donc former directement la face libre) ou présente une couche fonctionnelle (mono ou multicouches) comme un revêtement fonctionnel (dépôt conforme de préférence) ou un film (adhésivé etc) dont la surface externe forme la face libre.
En particulier, la deuxième surface présente une face libre, par exemple deuxième surface étant disposée à distance du vitrage (notamment à distance de la deuxième face principale ou lorsque le vitrage est feuilleté, à distance de la quatrième face principale du vitrage ou même à distance d’un trou du vitrage). Et de préférence la première surface présente une face libre, par exemple à distance d’un LIDAR.
Avantageusement, au moins une surface parmi la première surface et la deuxième surface de la lentille convergente (de préférence au moins la première surface et même mieux les première et deuxième surfaces) est une surface convexe sans symétrie de révolution autour d’un axe optique.
Avantageusement, au moins une surface parmi la première surface et la deuxième surface de la lentille convergente (de préférence au moins la première surface et même mieux les première et deuxième surfaces) est une surface convexe non réglée, c’est-à-dire une surface convexe qui n’est pas générée par le déplacement d'une droite dont les extrémités parcourent deux courbes ou une courbe et un point. Autrement dit, au moins une deux surfaces (de préférence au moins la première surface et même mieux les première et deuxième surfaces) n’est pas une surface sphérique, ni une surface cylindrique, ni une surface conique, ni une surface hyperboloïde.
De façon avantageuse, la (chaque) surface convexe (non réglée) est une surface paramétrée de classe C2, c’est-à-dire une surface régulière deux fois dérivable et de dérivées continues. Par exemple, au moins une des deux surfaces est une surface définie par une équation polynômiale de degré N (entier) supérieur ou égal à trois.
De façon avantageuse, la première surface est convexe et de classe C2 (la première surface étant deux fois dérivable et de dérivées continues) et de préférence également la deuxième surface est de classe C2 (la deuxième surface étant deux fois dérivable et de dérivées continues).
En particulier, la lentille convergente comporte sur la première surface (présentant une face libre) et/ou sur la deuxième surface (présentant une face libre) un traitement de surface ou une couche fonctionnelle (transparente à la longueur d’onde de travail LB1) formant élément antireflet (à la longueur d’onde de travail LB1) ou étant une couche hydrophobe, par exemple à base de composé fluoré, ou antisalissures ou formant une couche dure (« hardcoat » en anglais, par exemple couche DLC, à base de carbone amorphe, (ou « diamond like carbon » en anglais) -présentant une dureté élevée- notamment d’épaisseur d’au-moins 10 nm ou 20 nm et de préférence de 50 nm à 300 nm et même d’au-plus 100 nm.
La lentille convergente est par exemple formée dans l’un des matériaux suivants : PMMA (polyméthacrylate de méthyle), verre (de préférence extraclair), PC (polycarbonate), PU (polyuréthane), ou tout autre matériau minéral ou organique connu de l'homme du métier pour son utilisation dans les lentilles optiques. La lentille convergente a par exemple une épaisseur au centre comprise entre 1 cm et 4 cm. La lentille convergente a par exemple une transmission à la longueur d’onde LB1 d’au moins 75%, 80% ou 85%.
De préférence, la lentille convergente comporte un traitement antireflet ou une couche antireflet (mono ou multicouche) sur la première surface (face A) et/ou sur la deuxième surface (face B).
Le traitement antireflet (de type revêtement voire structuration) peut être apporté par différentes technologies telles que : dépôt par voie liquide, en particulier sous forme sol-gel, couche macroporeuse notamment de silice poreuse ; dépôt par voie PVD (pour « Physical Vapor Deposition » en anglais ou dépôt physique en phase vapeur), par exemple couche, notamment de silice, déposée par magnétron ; revêtement par plasma ;microstructuration, etc. Dans le cas d’une (première ou deuxième) surface convexe, on privilégie un revêtement par plasma car cette technique permet un dépôt sur 3D, de qualité optique, sur un élément de petite taille.
Dans le cas d’une couche macroporeuse de silicium ou couche de silice poreuse on préfère un indice optique de réfraction n = 1.3 et une épaisseur d’environ 170 nm pour une longueur d’onde de travail LB1 de 905 nm et une épaisseur d’environ 270 nm pour une longueur d’onde de travail LB1 de 1550 nm.
Dans le cas d’une surface convexe, on privilégie un revêtement par plasma car : dépôt sur 3D, de qualité optique, sur élément de petite taille.
De préférence, la lentille convergente comporte une couche dure (« hardcoat » en anglais) sur la deuxième surface (face B) en particulier lorsqu’elle est exposée à l’extérieur.
En particulier, la lentille convergente est à distance (espacée) du vitrage, notamment de la face principale interne du vitrage (F2 si simple ou F4 si feuilleté, sans trou), notamment d’au plus 8 cm ou 5 cm ou 3 cm ou 1 cm ou 5 mm. Dans le cas d’un vitrage (simple ou feuilleté) avec un trou traversant (comme détaillé plus tard), la lentille convergente peut être à distance (espacée) de la surface affleurante de la face principale interne ou d’un support multifonctions notamment d’au plus 8 cm ou 5 cm ou 3 cm ou 1 cm ou 5mm.
En particulier, l’empreinte verticale (la hauteur L) du faisceau transmis par la lentille convergente à travers la fenêtre de transmission du système de vitrage est d’au plus 10cm.
La lentille convergente présente de préférence dans le premier plan de référence, une hauteur centimétrique, et dans le plan perpendiculaire au premier plan de référence une dimension centimétrique, et même une épaisseur centimétrique.
Le système de vitrage peut comporter un lidar comprenant une source de lumière étant apte à émettre un faisceau d’émission à la longueur d’onde de travail LB1 dans un domaine proche infrarouge, lidar à distance et en amont de la première surface de préférence présentant une face libre.
De préférence, le premier grandissement angulaire en valeur absolue est inférieur au deuxième grandissement angulaire et de préférence le deuxième grandissement angulaire de préférence supérieur strictement à 2 (en valeur absolue).
De préférence, la surface de chacune des faces de la lentille convergente est de classe C2, la première surface et la deuxième surface étant deux fois dérivables et de dérivées continues.
Le deuxième grandissement angulaire est de préférence supérieur strictement à 2 et même à 3 (en valeur absolue), et de préférence le premier grandissement angulaire peut être supérieur à 2.0 en valeur absolue.
De préférence, la lentille convergente présente un axe optique, un premier plan de symétrie de la lentille convergente passant par l’axe optique est de préférence le premier plan de référence et un deuxième plan de symétrie de la lentille convergente passant par l’axe optique et étant perpendiculaire au premier plan de symétrie est de préférence le deuxième plan de référence. En particulier, le premier plan de symétrie de la lentille convergente (de préférence le premier plan de référence) est disposé dans le plan de référence du lidar et/ou le plan caractéristique du vitrage. Dans une réalisation en particulier, le premier plan de symétrie de la lentille convergente (le premier plan de référence) est le plan vertical et le deuxième plan de symétrie de la lentille convergente (le deuxième plan de référence) est le plan horizontal.
Dans un mode de réalisation particulier, la première surface est convexe et la deuxième surface est convexe ou la première surface est convexe et la deuxième surface est plane.
En particulier, au moins une desdites première surface et deuxième surface est une surface définie par une équation polynômiale de degré N supérieur ou égal à trois, où N est un nombre entier, en particulier l’équation polynômiale décrivant la première surface ou la deuxième surface s’écrivant selon la formule mathématique suivante :
où x, y et z représentent des coordonnées cartésiennes exprimées en millimètres dans un repère orthonormé (OiX, OiY, OiZ), l’axe OiZ étant parallèle à l’axe optique de la lentille convergente, le point Oide coordonnées (0, 0, 0) étant situé à l’intersection de la surface i considérée et de l’axe optique de la lentille convergente,petqétant des variables entières allant de 0 à N, et apqétant le coefficient d’ordrepen x et d’ordreqen y, chaque coefficient apqétant exprimé en mm p+q-1 .
Par exemple, notamment lorsque la lentille convergente est externe au LIDAR et à distance du vitrage (éventuellement troué, avec lentille en vis-à-vis de ce trou et même tout ou partie dans le trou), un point origine O1de la première surface à l’intersection de l’axe optique de la lentille convergente est placé à une distance d1de la source de lumière du lidar (source réelle ou virtuelle, c’est-à-dire du point d’où semblent provenir les rayons émergeant du LIDAR). La distance d1est de préférence d’au plus 150 mm et même dans une gamme allant de 20 mm à 150 mm.
Par exemple, lorsque la lentille convergente (éventuellement externe au lidar) est à distance du vitrage (éventuellement troué, avec lentille en vis-à-vis de ce trou), un point origine O2de la deuxième surface est placé à une distance d2de la face principale interne du vitrage (F2 ou F4), la lentille étant en vis-à-vis de cette face interne ou la lentille est à une distance d2du trou (partiel ou traversant) du vitrage. On place de préférence la lentille convergente de façon à minimiser la distance d2.La distance d2est prise suivant l’axe optique longitudinal de la lentille. De préférence, la distance d2est d’au plus 100mm et même va de 10 à 100mm. Cette minimisation de la distance d2permet de réduire l’encombrement du système de lidar et la taille de l’empreinte.
Par exemple, notamment lorsque la lentille convergente (éventuellement externe au lidar) est à distance du vitrage (éventuellement troué avec lentille en vis-à-vis de ce trou), la lentille convergente forme une image (de la source de lumière du lidar) à une distance dAde la face principale interne (F2 ou F4) du vitrage la lentille étant en vis-à-vis du vitrage, ou à une distance dAdu trou suivant l’axe optique de la direction médiane de pointé. Alternativement la lentille convergente forme une image (de la source de lumière du lidar) dans le vitrage suivant l’axe optique de la direction médiane de pointé voire au-delà de la face F1 du vitrage. Par exemple, la distance dAest d’au plus 30 mm, même dans une gamme allant de 15mm à 30mm.
En particulier, au moins une desdites première surface et deuxième surface est une surface définie par une équation polynômiale de degré N (entier) supérieur ou égal à quatre dans laquelle les coefficients d’ordre impair sont tous nuls. En particulier la lentille convergente présente un axe optique, le premier plan de référence est un premier plan de symétrie de la lentille passant par l’axe optique et la lentille convergente présente un deuxième plan de symétrie passant par l’axe optique et perpendiculaire au premier plan de symétrie.
Dans une configuration, la lentille convergente est disposée et configurée pour modifier une direction médiane de pointé d’un faisceau de référence (du lidar) à la longueur d’onde de travail LB1 en sortie du vitrage, et/ou au moins une desdites première surface et deuxième surface est une surface définie par une équation polynômiale de degré N (entier) supérieur ou égal à trois dans laquelle au moins un coefficient d’ordre impair est non nul. Par exemple, la lentille convergente étant externe au lidar, le faisceau de référence est incliné par rapport à l’horizontal en sortie du lidar (et même en sortie d’un déflecteur intercalé entre le lidar et la lentille convergente) et en sortie du vitrage sensiblement à l’horizontal.
Dans une configuration, au moins une desdites première surface et deuxième surface est une surface définie par une équation polynômiale de degré N (entier) supérieur ou égal à trois dans laquelle au moins un coefficient d’ordre impair est non nul. Dans ce cas, ladite surface permet avantageusement de défléchir et rediriger le faisceau d’émission du lidar. Ladite surface ne présente pas de symétrie par rapport au premier plan de référence ni par rapport au deuxième plan de référence. En particulier, la lentille convergente est disposée et configurée pour modifier la direction médiane de pointé du faisceau d’émission en sortie du vitrage.
Dans un exemple de réalisation, la lentille convergente est configurée pour transmettre (en sortie du vitrage) un faisceau de référence (du lidar) à la longueur d’onde de travail LB1 avec une direction médiane de pointé sensiblement horizontale par exemple s’écartant de moins de 5°, 2° ou 1° de l’axe horizontal) voire même (si lentille externe au lidar) pour recevoir une direction médiane de pointé du faisceau de référence d’un lidar soit sensiblement horizontal (s’écartant de moins de 5°, 2° ou 1° de l’axe horizontal) soit (davantage) incliné par rapport à l’horizontal.
De manière générale, l’équation polynômiale de degré supérieur ou égal à N décrivant la première surface et/ou la deuxième surface s’écrit selon la formule mathématique suivante :
où x, y et z représentent des coordonnées cartésiennes exprimées en millimètres dans un repère orthonormé (OiX, OiY, OiZ), l’axe OiZ étant parallèle à l’axe optique de la lentille convergente, le point Oide coordonnées (0, 0, 0) étant situé à l’intersection de la surface i considérée et de l’axe optique de la lentille convergente,petqétant des variables entières allant de 0 à N, et apqétant le coefficient d’ordrepen x et d’ordreqen y, chaque coefficient apqétant exprimé en mm p+q-1 .
Et de préférence, la première surface est une surface définie par une équation polynômiale de degré N supérieur ou égal à quatre dans laquelle les coefficients d’ordre impair sont tous nuls. En particulier la lentille convergente présente un axe optique, le premier plan de référence est un premier plan de symétrie de la lentille passant par l’axe optique et la lentille convergente présente un deuxième plan de symétrie passant par l’axe optique et perpendiculaire au premier plan de symétrie. Et même la deuxième surface est une surface définie par une équation polynômiale de degré N supérieur ou égal à quatre dans laquelle les coefficients d’ordre impair sont tous nuls.
Dans un exemple particulier de réalisation, la première surface (face A) est une surface définie par l’équation polynômiale de degré quatre suivante : z(x, y) = a20x2+ a40x4+ a02y2+ a04y4+ a22x²*y² où x, y et z représentent les coordonnées cartésiennes exprimées en millimètres dans un repère orthonormé (O1X, O1Y, O1Z), l’axe O1Z étant parallèle à l’axe optique de la lentille convergente et le point O1de coordonnées (0, 0, 0) étant situé à l’intersection de la première surface et de l’axe optique de la lentille convergente. Et la deuxième surface (face B) est une surface définie par l’équation polynômiale de degré quatre suivante: z(x, y) = b20x2+ b40x4+ b02y2+ b04y4+ b22x²*y², où x, y et z représentent les coordonnées cartésiennes exprimées en millimètres dans un repère orthonormé (O2X, O2Y, O2Z), l’axe O2Z étant parallèle à l’axe optique de la lentille convergente et le point O2de coordonnées (0, 0, 0) étant situé à l’intersection de la deuxième surface et de l’axe optique de la lentille convergente, tous les coefficients d’ordre impair étant nuls pour la première surface et pour la deuxième surface, avec a20compris entre 0.03 mm-1et 0.3 mm-1, a40compris entre 1x10-7mm-3et 8x10-5mm-3, a02compris entre 0.03 mm-1et 0.3 mm-1, a04compris entre 2x10-9mm-3et 9x10-7mm-3, a22compris entre 7x10-7mm-3et 4x10-4mm-3, b20compris entre -9x10-3mm-1et -1x10-3mm-1, b40compris entre 3x10-7mm-3et 1.4x10-4mm-3, b02compris entre -2x10-2mm-1et -1x10-3mm-1, b04compris entre 4x10-7mm-3et 2x10-4mm-3et b22compris entre 1x10-7mm-3et 8x10-5mm-3.
Dans un mode de réalisation particulier, la lentille convergente (externe au lidar) est liée au lidar notamment fixée mécaniquement au lidar (et à distance du vitrage).
Dans un autre mode de réalisation particulier, la lentille convergente (externe au lidar) est liée au vitrage notamment fixé mécaniquement au vitrage (et à distance du LIDAR).
Dans un mode de réalisation, la lentille convergente est externe au LIDAR, et même la deuxième surface est à distance du vitrage, de préférence la lentille convergente comportant une extension périphérique liée au système de vitrage ou destinée à être liée au LIDAR (par fixation, vissage etc). Par exemple le système comporte un système optomécanique comportant la lentille, l’extension, une glissière. La glissière est couplée à un rail de guidage (pour fixer la lentille et bien la positionner), notamment d’un logement en U, lié au vitrage et même à une platine sur le vitrage.
Dans un exemple, le système de vitrage comporte un support ou platine trouée. La platine éventuellement forme embase pour un ou plusieurs autres capteurs tel que capteur de pluie, caméra visible, caméra thermique, etc. La platine est liée à la face principale interne du vitrage (F2 ou F4) et/ou à un boitier et/ou à la garniture intérieure de l’habitacle du véhicule. La lentille convergente est fixée, par exemple par collage d’une face inférieure de la lentille à un support opto-mécanique. Le support opto-mécanique est lui-même fixé, par exemple via deux vis, à une pièce formant embase. L’embase permet de fixer la lentille convergente à la platine directement ou via un logement en forme de U comportant par exemple une glissière apte à recevoir l’embase munie d’un rail de guidage correspondant à la glissière.
Dans un mode de réalisation, la lentille convergente est interne au LIDAR, la première face est à distance du vitrage.
Dans un mode de réalisation particulier:
- la lentille convergente (notamment externe au lidar), est en vis-à-vis d’un trou partiel (dans l’épaisseur) du vitrage feuilleté ou d’un trou traversant du vitrage de préférence feuilleté, trou traversant (dans l’épaisseur) éventuellement logeant un support notamment multifonctions, notamment la lentille convergente étant à distance du trou partiel (trou dans la deuxième feuille donc lentille en vis-à-vis de la deuxième face principale ou d’une face interne d’un insert dans le trou partiel) ou tout ou partie disposée dans le trou partiel ou dans le trou traversant (la lentille convergente étant alors par exemple fixée audit support notamment multifonctions).
- ou la lentille convergente, notamment externe au lidar, est en vis-à-vis de la quatrième face principale du vitrage feuilleté ou est en vis-à-vis de la deuxième face principale du vitrage monolithique.
Le trou (partiel ou traversant) fait partie de la fenêtre de transmission proche infrarouge par exemple la première feuille est un verre extraclair et même la deuxième feuille est un verre teinté voire clair.
En particulier, notamment lorsque la lentille convergente est à distance du vitrage (en vis-à-vis d’une face interne du vitrage ou en vis et vis et en dehors d’un trou partiel ou traversant du vitrage), le système de vitrage comporte une platine comportant une plaque porteuse d’un support de fixation d’une extension périphérique de la lentille convergente, plaque porteuse collée sur face interne F2 (si vitrage simple) ou sur face interne F4 (si vitrage feuilleté, notamment support de fixation à proximité dudit trou éventuel), de préférence support et plaque étant d’un seul tenant, en particulier la platine ayant une ouverture au droit de la fenêtre de transmission proche infrarouge et/ou étant transparente à la longueur d’onde de travail.
En particulier, le système de vitrage comporte une platine comportant une plaque (individuelle ou multicapteurs) dans un trou traversant du vitrage (dans l’épaisseur) et débouchant latéralement du vitrage, platine transparente à la longueur d’onde de travail, la lentille convergente (interne ou externe au lidar) faisant face à ladite plaque.
Dans un mode de réalisation particulier, la lentille convergente (interne ou externe au lidar) fait face à un trou partiel du vitrage avec de préférence un insert (transparent à la longueur d’onde de travail, notamment plan ou bombé) dans le trou partiel. Par exemple l’insert est en verre notamment extraclair comme détaillé dans la demande de brevet WO2022/175634 ou en polymère comme détaillé dans la demande de brevet WO2022/175635. Le vitrage peut comporter une couche de camouflage en aval de la deuxième surface par exemple revêtement sur un insert comme décrit dans la demande de brevet WO2022/219273 ou encore sur la face F2 ou F3 ou F4 ou encore sur un film (polymère, PET etc) au sein du vitrage feuilleté. Il forme un filtre sélectif transparent à la longueur d’onde de travail et opaque dans le visible (pour masquer l’épargne, la fenêtre de transmission).
Dans un mode de réalisation particulier, la lentille convergente est fixée au vitrage et/ou à une carrosserie et/ou à un support notamment multifonctions avec d’autres capteurs par exemple) ou à un boitier ou cache (individuel ou commun à d’autres capteurs, à une ou d’autres caméras par exemple). Notamment, la lentille convergente est disposée (tout ou partie) dans un trou partiel ou traversant (complet) du vitrage, notamment feuilleté, la lentille convergente est notamment liée à un support notamment multifonctions, ou encore la lentille convergente est liée (en périphérie) à la quatrième face principale du vitrage.
De préférence, la deuxième surface est affleurante ou en retrait de la première face principale (sous affleurante).
Dans un mode de réalisation particulier, (la lentille convergente étant externe au lidar), un faisceau de référence à la longueur d’onde de travail LB1 ayant, (en sortie du lidar) une direction médiane de pointé et s’étendant sur un champ de vue initial d’ouverture angulaire verticale initiale (VFOV1) déterminée dans un plan caractéristique comprenant une normale au vitrage et un axe vertical dans le véhicule et d’ouverture angulaire horizontale initiale (HFOV1) déterminée dans un plan perpendiculaire au plan caractéristique comprenant la direction médiane de pointé et un axe horizontal transverse à la direction médiane de pointé, dans la fenêtre de transmission proche infrarouge, le faisceau de référence en sortie du système de vitrage ayant un champ de vue externe d’ouverture angulaire verticale dans le plan caractéristique et d’ouverture angulaire horizontale dans le plan perpendiculaire, la lentille convergente étant disposée et configurée pour que l’ouverture angulaire verticale externe soit supérieure à l’ouverture angulaire verticale initiale et pour que l’ouverture angulaire horizontale externe soit supérieure à l’ouverture angulaire horizontale initiale et de préférence l’ouverture angulaire horizontale initiale est d’au plus 20°.
En particulier, le faisceau de référence a, (en sortie du lidar) une direction médiane de pointé inclinée par rapport à un axe horizontal (par exemple d’au moins 10°), notamment la direction médiane de pointé formant un angle d’au plus 20° (et même d’au plus 10° ou 5°) avec le plan moyen du vitrage le système comporte en outre un déflecteur apte à recevoir le faisceau de référence(disposé entre le lidar et la première surface de la lentille convergente), le déflecteur étant arrangé pour dévier le faisceau de référence vers la première surface de la lentille convergente.
En particulier, la lentille convergente externe est configurée pour :
-transmettre un faisceau de référence du lidar qui est le faisceau émetteur et de préférence une autre lentille convergente, l’autre lentille convergente présentant une première surface, dite surface arrière (notamment orientée ou même dans l’habitacle) et une deuxième surface, opposée à la première surface, orientée vers l’extérieur, dite surface avant, au moins une desdites première surface et deuxième surface étant convexe et de préférence non réglée, la deuxième surface présentant notamment une face libre (notamment disposée à distance du vitrage, en particulier de la deuxième face principale si vitrage simple ou lorsque le vitrage est feuilleté, de la quatrième face principale du vitrage), l’autre lentille convergente présentant un premier grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un premier plan de référence traversant l’autre lentille convergente (colinéaire à la direction médiane de pointé) et un deuxième grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un deuxième plan de référence traversant l’autre lentille convergente perpendiculaire au premier plan de référence, le deuxième grandissement angulaire étant différent du premier grandissement angulaire, l’autre lentille convergente étant agencée pour transmettre un faisceau réfléchi (au détecteur du lidar),
-ou transmettre un faisceau de référence du lidar qui correspond à l’intersection du faisceau émetteur et du faisceau réfléchi.
Dans le présent texte concernant un indice de réfraction on utilise indifféremment un indice chiffré ou un chiffre normal (n1ou n1 etc), pour les degrés on utilise indifféremment deg. ou le symbole °, on utilise indifféremment le terme film ou feuille qui désigne un élément autoportant (une feuille d’intercalaire devient après feuilletage une couche adhésive). Le terme couche inclut une feuille ou un revêtement.
Le vitrage peut être monolithique (ou simple) et comporte une feuille de verre ou polymère (PMMA pour polyméthacrylate de méthyle), ou encore polycarbonate (PC) ou minéral. Le vitrage est de préférence feuilleté.
L’invention concerne aussi un système de lidar destiné à être disposé dans un habitacle d’un véhicule, le système de lidar comprenant un lidar comprenant une source de lumière apte à émettre un faisceau d’émission à une longueur d’onde de travail LB1 dans un domaine proche infrarouge, le faisceau d’émission ayant une direction médiane de pointé et s’étendant sur un champ de vue initial d’ouverture angulaire verticale initiale VFOV1 déterminée dans un plan caractéristique comprenant la direction médiane de pointé et un axe vertical (Y) et d’ouverture angulaire horizontale initiale HFOV1 déterminée dans un plan perpendiculaire au plan caractéristique, le plan perpendiculaire comprenant la direction médiane de pointé et un axe horizontal (X) transverse à la direction médiane de pointé.
Selon l’invention, le système de lidar comporte au moins une lentille convergente, la lentille convergente présentant une première surface, dite surface arrière (face A), orientée vers la source de lumière du système de lidar et une deuxième surface, opposée à la première surface, dite surface avant (face B), au moins une desdites première surface et deuxième surface étant convexe et de préférence non réglée, la première surface étant disposée à distance de la source de lumière pour recevoir le faisceau d’émission émis par le lidar, (la deuxième surface étant adaptée pour transmettre le faisceau d’émission), la lentille convergente étant disposée et configurée pour présenter un premier grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un premier plan de référence traversant la lentille convergente (colinéaire à la direction médiane de pointé) et pour présenter un deuxième grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un deuxième plan de référence traversant la lentille convergente perpendiculaire au premier plan de référence, le premier grandissement angulaire étant différent (et même inférieur) du deuxième grandissement angulaire, la lentille convergente étant disposée et configurée pour que le faisceau d’émission en sortie du système de lidar ait un champ de vue d’ouverture angulaire verticale supérieure à l’ouverture angulaire verticale du champ de vue source et pour que le faisceau d’émission en sortie du système de lidar ait un champ de vue d’ouverture angulaire horizontale supérieure à l’ouverture angulaire horizontale du champ de vue source.
En particulier, dans ce dernier mode, la lentille convergente est interne au LIDAR.
Par exemple, concernant le lidar, l’ouverture angulaire verticale interne VFOV1 va de 2 à 15 degrés, de préférence inférieure à 10 degrés, par exemple de 7 degrés. Et l’ouverture angulaire verticale externe VFOV2 va de préférence de 3 à 45 degrés, de préférence supérieure à 15 degrés, par exemple de 20 degrés. Concernant le lidar, l’ouverture angulaire horizontale interne HFOV1 va de 10 à 25 degrés, de préférence inférieure à 20 degrés, par exemple de 17 degrés. Et de préférence l’ouverture angulaire horizontale externe HFOV2 va de 12 à 120 degrés, de préférence supérieure à 30 degrés, par exemple de 80 degrés.
L’invention concerne aussi une lentille pour système de vitrage comportant un vitrage de véhicule et/ou un lidar, la lentille étant une lentille convergente (notamment telle que décrite précédemment, par exemple destinée placée dans l’habitacle), la lentille convergente présentant une première surface, dite surface arrière (destinée à être orientée vers l’habitacle voire dans l’habitacle) et une deuxième surface, opposée à la première surface, destinée à être orientée vers l’extérieur, dite surface avant, au moins une desdites première surface et deuxième surface étant convexe et de préférence non réglée, la lentille convergente présentant un premier grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un premier plan de référence traversant la lentille convergente et un deuxième grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un deuxième plan de référence traversant la lentille convergente perpendiculaire au premier plan de référence, le deuxième grandissement angulaire étant différent du premier grandissement angulaire.
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.
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. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation illustrés sur les dessins. Par conséquent, il faut comprendre que, lorsque les caractéristiques mentionnées dans les revendications sont suivies de signes de référence, ces signes sont inclus uniquement dans le but d'améliorer l'intelligibilité des revendications et ne limitent aucunement la portée des revendications.
Sur les dessins annexés :
FIG. 1représente schématiquement, en vue de coupe latérale suivant un plan caractéristique, un vitrage de véhicule selon un premier mode de réalisation, avec un système de vision infrarouge lidar et une lentille convergente ;
[Fig. 2] représente schématiquement, en vue de coupe longitudinale suivant un plan perpendiculaire au plan caractéristique, le vitrage de véhicule du premier mode ;
FIG. 3montre en vue de face un exemple de pare-brise intégrant une lentille convergente selon un mode de réalisation, le vitrage feuilleté comportant éventuellement un support multifonctions intégré sur un bord du vitrage ;
FIG. 4représente schématiquement en perspective un exemple de lentille convergente ayant une première surface convexe ;
FIG. 5montre des graphiques illustrant l’ouverture angulaire horizontale (HFOV1) et l’ouverture angulaire verticale (VFOV1) du faisceau d’émission de la source de lumière du lidar en amont de la lentille convergente (graphique de gauche) et respectivement l’ouverture angulaire horizontale (HFOV2) et l’ouverture angulaire verticale (VFOV2) du faisceau d’émission en aval de la lentille convergente, par exemple en sortie du vitrage (graphique de droite) ;
FIG. 6etFIG. 6montrent des graphiques illustrant une carte d’irradiance du faisceau d’émission de la source du lidar en projection en 2D collectée à 1.5m de la source de lumière sans lentille convergente (FIG. 6) et une carte d’irradiance du faisceau d’émission après agrandissement du champ de vue vertical et horizontal en sortie du vitrage (FIG. 6) en projection en 2D (collectée à 1.5m de la lentille convergente) ;
FIG. 7montre en vue de perspective un exemple de lentille convergente montée sur une platine opto-mécanique (FIG. 7), la lentille convergente et ses moyens de fixation à la platine en vue de trois-quarts (FIG. 7) et respectivement en vue de face légèrement surélevée (FIG. 7) ;
FIG. 8représente schématiquement en vue éclatée et en perspective un vitrage de véhicule selon une variante du premier mode de réalisation dans lequel la lentille convergente externe au lidar est montée sur une platine destinée à être fixée au vitrage ;
FIG. 9montre en vue de perspective un exemple de lentille convergente montée sur un support opto-mécanique destiné à être fixé sur une platine liée à la face principale interne d’un vitrage ;
FIG. 10représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon une variante du premier mode de réalisation dans lequel le vitrage est feuilleté et la lentille convergente disposée entre la face principale interne du vitrage (non troué) et un lidar ;
FIG. 11représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon une autre variante du premier mode de réalisation, avec une lentille convergente disposée en vis à vis d’un orifice d’un support multifonctions sur un bord de la face principale interne d’un vitrage feuilleté (non troué);
FIG. 12représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon une autre variante du premier mode de réalisation avec un déflecteur optique disposé entre le lidar et la lentille convergente ;
FIG. 13représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon un deuxième mode de réalisation dans lequel la lentille convergente est disposée en vis-à-vis d’un trou partiel d’un vitrage feuilleté qui est un trou traversant de la feuille de verre interne ;
FIG. 14représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon une variante du deuxième mode de réalisation dans lequel la lentille convergente est disposée en vis à vis d’un trou partiel du vitrage feuilleté qui est un trou traversant formant encoche sur un bord supérieur de la deuxième feuille du vitrage feuilleté ;
FIG. 15représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon un troisième mode de réalisation dans lequel la lentille convergente est disposée en vis à vis d’un trou traversant formant une encoche sur un bord supérieur d’un vitrage feuilleté ;
FIG. 16montre une vue de face du vitrage du troisième mode de réalisation formant parebrise;
FIG. 17représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon un quatrième mode de réalisation dans lequel la lentille convergente est disposée dans un trou traversant du vitrage feuilleté, la deuxième face de la lentille étant affleurante ou sous-affleurante de la face principale externe du vitrage ;
FIG. 18représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon un mode de réalisation dans lequel la lentille convergente est disposée dans un trou traversant formant une encoche sur un bord du vitrage, la deuxième face de la lentille étant affleurante ou sous-affleurante de la face principale externe du vitrage ;
FIG. 19montre en vue de face un pare-brise intégrant une lentille convergente tel que celui de laFIG. 18;
FIG. 20représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon un mode de réalisation dans lequel la lentille convergente est disposée dans un trou partiel du vitrage ;
FIG. 21représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon un mode de réalisation dans lequel la lentille convergente est disposée dans un trou traversant du vitrage ;
FIG. 22représente schématiquement en vue de coupe latérale un vitrage de véhicule selon un mode de réalisation dans lequel la lentille convergente est disposée dans un trou traversant formant une encoche sur un bord du vitrage ;
FIG. 23montre en vue de perspective un système lidar comprenant une lentille convergente sur le faisceau lidar d’émission et une autre lentille convergente sur le faisceau lidar réfléchi et, en pointillés, une variante comprenant une seule lentille convergente de plus grandes dimensions disposée sur le trajet optique du faisceau lidar d’émission et du faisceau lidar réfléchi ;
FIG. 24montre en vue de coupe latérale un système lidar intégrant une lentille convergente à l’intérieur d’un boitier disposé en appui de la face principale interne du vitrage.
Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références. Les figures ne sont pas à l’échelle.
Sur laFIG. 1ou laFIG. 10, on a représenté schématiquement un vitrage de véhicule (de préférence un pare-brise de véhicule routier) dans un plan caractéristique, par exemple un vitrage feuilleté avec une première face principale 11 (dite F1) la plus extérieure et une face principale intérieure 14 (dite F4), ou respectivement 12 (dite F2) si vitrage simple. Pour la clarté de l’exposé, on suppose que le véhicule est sur un sol horizontal. Le plan de coupe latérale (autrement dit transversale), ainsi pris perpendiculairement à l’axe longitudinal (au bord longitudinal supérieur 10 et au bord longitudinal inférieur 18 du vitrage si droits). On a représenté un repère orthonormé XYZ, dans lequel l’axe Y est vertical, les axes X et Z étant horizontaux, et l’axe Z étant dans le plan de coupe latérale. Le plan de coupe latérale comprend une normale 50 au vitrage et un axe vertical Y dans le véhicule. On a aussi représenté le sens positif des angles utilisés dans la présente divulgation. Avantageusement, le plan de coupe passe par le milieu du bord longitudinal supérieur 10 du vitrage et est un plan de symétrie du vitrage.
Le véhicule sur lequel est installé ou auquel est destiné le vitrage est par exemple un véhicule routier (voiture, camion, transport en commun: bus, car) ou ferroviaire (en particulier à vitesse maximale d’au plus 90km/h ou d’au plus 70km/h, en particulier les métros, tramway). Le vitrage trouve des applications en particulier à un pare-brise, ou encore une lunette arrière, voire un vitrage latéral (custode comprise). Pour la clarté de l’exposé, on a représenté sur les figures un vitrage plat. Toutefois, le vitrage peut présenter au moins un rayon de courbure de façon à être bombé. On note E l’épaisseur du vitrage 100. L’épaisseur E est en général inférieure ou égale à 1cm, par exemple de 9mm, 8mm, 7mm, 6mm, de préférence d’au plus 5 mm.
Le vitrage 100, 110, 120, 130, 200, 210, 220, 300, 310, 320, 400, 500 est installé ou destiné à être installé sur un véhicule en formant un angle d’inclinaison, noté β, avec un axe horizontal dans le plan caractéristique considéré. Pour la clarté de l’exposé, on suppose que le véhicule est sur un sol horizontal. L’angle d’inclinaison β est supérieur à 0 degré et inférieur à 90 degrés et même d’au plus 60 degrés en général compris entre 15 à 20 et 60 degrés de préférence allant de 20 à 50 degrés, par exemple de 23 degrés ou de 30 degrés pour un pare-brise de véhicule automobile. Comme indiqué plus haut, l’angle d’inclinaison β a un signe qui est ici positif.
Le vitrage 100, 110, 120, 130, 200, 210, 220, 300, 310, 320, 400, 500 présente un bord longitudinal supérieur 10 et un bord longitudinal inférieur 18. Le plan de coupe latérale du vitrage comprend une normale 50 au vitrage et un axe vertical Y dans le véhicule. Le plan de coupe latérale passe de préférence par le milieu du bord longitudinal supérieur 10 et le milieu du bord longitudinal inférieur 18. Le plan caractéristique du vitrage quant à lui comprend la normale 50 au vitrage et un axe vertical (Y) dans le véhicule.
On place un système de vision infrarouge 7 ici un lidar à l’intérieur de l’habitacle du véhicule, espacé et derrière le vitrage feuilleté.
De façon connue, le système de vision infrarouge 7 comprend une source de lumière 71 et un dispositif de détection 72. La source de lumière 71 est disposée et configurée pour générer un faisceau d’émission 70 proche infrarouge. Le faisceau d’émission 70 est émis à une longueur d’onde de travail, LB1, comprise dans une gamme spectrale allant de 800nm à 1800nm, en particulier de 850nm à 1600nm, notamment 905±30nm et/ou 1550±30nm. Le dispositif de détection 72 est disposé à côté de la source de lumière 71 et configuré pour détecter un rayonnement réfléchi 76 dans au moins une partie du champ de vue du lidar à l’extérieur du véhicule. Le dispositif de détection 72 est en général orienté parallèlement à la source de lumière 71. Selon le type de lidar utilisé, le faisceau d’émission 70 est émis suivant une direction qui est balayée en deux dimensions transverses ou le faisceau d’émission 70 s’étend suivant une nappe qui est balayée dans une seule direction transverse à la nappe ou encore le faisceau d’émission 70 est de type flash et n’utilise pas de balayage. Avec ou sans balayage, le faisceau d’émission 70 issu de la source de lumière 71 s’étend sur un champ de vue source ayant une ouverture angulaire verticale, notée VFOV1, et une ouverture angulaire horizontale interne, notée HFOV1, données. Le champ de vue source présente par exemple une section rectangulaire dans un plan perpendiculaire à une direction médiane de pointé 40 du faisceau d’émission 70. L’ouverture angulaire verticale VFOV1 va de 2 à 15 degrés, de préférence inférieure à 10 degrés, par exemple de 7 degrés. L’ouverture angulaire horizontale interne HFOV1 va de 10 à 25 degrés, de préférence inférieure à 20 degrés, par exemple de 17 degrés. Dans le présent document, on entend par faisceau de référence du lidar un faisceau qui correspond à l’intersection du faisceau émetteur 70 et du faisceau réfléchi 76. Le plan de référence du lidar quant à lui comprend la direction médiane de pointé 40 et un axe vertical (Y). De préférence, le plan de référence du lidar est confondu avec le plan caractéristique du vitrage.
Ici donc on a défini la section du faisceau en fonction du profil transversal en intensité ou en irradiance du faisceau d’émission dans un plan perpendiculaire à la direction médiane de pointé 40, l’intensité ou irradiance étant mesurée en W/m², à 1/e² du maximum d’intensité à la longueur d’onde LB1. On entend par section rectangulaire un faisceau ayant un profil transversal en intensité ou irradiance de forme rectangulaire, comme illustré par exemple sur la figure 6.
LaFIG. 3illustre un exemple d’application dans lequel le système de vision infrarouge 7 est placé derrière le vitrage formant le pare-brise d’un véhicule automobile, face à une zone, ici appelée fenêtre de transmission proche infrarouge 111, qui se situe de préférence dans la partie centrale et supérieure du pare-brise. La fenêtre de transmission 111 est transparente au faisceau d’émission du système de vision infrarouge 7. Dans cette fenêtre 111, le système de vision infrarouge est orienté avec un certain angle d’incidence vis-à-vis de la surface du pare-brise, notamment de la face principale interne 14 du vitrage 100. Dans cet exemple, la fenêtre de transmission 111 est séparée du bord supérieur 10 du vitrage par la couche de masquage 5.
Le vitrage peut être un vitrage comportant une seule feuille de verre (voirFIG. 1). Dans ce cas, le vitrage 100 a une face principale externe 11 dite F1 orientée vers l’extérieur du véhicule et une face principale interne 12 dite F2 orientée vers l’habitacle du véhicule.
Dans d’autres variantes ou modes de réalisation particuliers, le vitrage 100, 110, 120, 130, 200, 210, 220, 300, 310, 320, 400, 500 est un vitrage feuilleté comportant (voir figures 10 à 18) :
– une première feuille de verre 1 destinée à former le vitrage extérieur avec une première face principale externe dite F1 orientée vers l’extérieur et une deuxième face principale interne 12 dite F2 orientée vers l’habitacle ; pour un véhicule automobile, la première feuille de verre 1 a une épaisseur de préférence d’au plus 4mm, et même d’au plus 3mm ou 2,5mm, - notamment 2,1mm, 1,9mm, 1,8mm, 1,6mm et 1,4mm- et de préférence d’au moins 0,7mm ou 1mm ;
– un intercalaire de feuilletage 3 en matière polymère ayant une face principale 38 orienté vers la deuxième face principale interne 12 et une face principale 39 opposée à la face principale 38 ; l’intercalaire de feuilletage 3 est mono- ou multi-feuillet, éventuellement neutre, clair, extraclair ou teinté notamment gris ou vert, en matière polymère de préférence thermoplastique et mieux encore en polyvinylbutyral (PVB), de préférence pour un véhicule routier d’épaisseur d’au plus 1,8mm, mieux d’au plus 1,2mm et même d’au plus 0,9mm (et mieux d’au moins 0,3mm et même d’au moins 0,6mm), l’intercalaire de feuilletage 3 est éventuellement acoustique et/ou a éventuellement une section transversale diminuant en forme en coin du haut vers le bas du vitrage (en particulier un parebrise) pour un affichage tête haute (HUD pour Head Up Display en anglais) ; et
– une deuxième feuille de verre 2 destinée à former le vitrage intérieur avec une troisième face principale 13 dite F3 orientée vers la deuxième face principale interne 12 de la première feuille de verre 1 et une quatrième face principale 14 orientée vers l’habitacle dite F4.
Dans le cas d’un vitrage feuilleté, la première face principale externe de la première feuille de verre 1 forme la face principale externe 11 du vitrage et la quatrième face principale de la deuxième feuille de verre 2 forme la face principale interne 14 du vitrage.
La première feuille de verre 1, notamment à base de silice, sodocalcique, silicosodocalcique, ou aluminosilicate, ou borosilicate, présente une teneur pondérale en oxyde de fer total (exprimé sous la forme Fe2O3) d’au plus 0,05% (500ppm), de préférence d’au plus 0,03% (300ppm) et d’au plus 0,015% (150ppm) et notamment supérieure ou égale à 0,005%. Le rédox de la première feuille de verre est de préférence supérieur ou égal à 0,15 et notamment compris entre 0,2 et 0,30, notamment entre 0,25 et 0,30. On choisit notamment un verre OPTWHITE de 1,95 mm d’épaisseur.
La deuxième feuille de verre 2 est éventuellement teintée. La deuxième feuille de verre 2, notamment à base de silice, sodocalcique, de préférence silicosodocalcique, voire aluminosilicate, ou borosilicate, présente de préférence une teneur pondérale en oxyde de fer total (exprimé sous la forme Fe2O3) d’au moins 0,4% et de préférence d’au plus 1,5%. La deuxième feuille de verre 2 est par exemple basée sur un verre fabriqué par de la Demanderesse dénommé TSAnx (0,5 à 0,6% de fer) TSA2+, TSA3+(0,8 à 0,9% de fer), TSA4+(1% de fer), TSA5+, par exemple verts. On choisit par exemple un verre TSA3+ de 1,6mm d’épaisseur.
Pour un véhicule routier, la deuxième feuille de verre 2 est d’épaisseur de préférence inférieure à celle de la première feuille de verre 1, même d’au plus 3mm ou 2mm – notamment 1,9mm, 1,8mm, 1,6mm et 1,4mm- ou même d’au plus 1,3mm, et de préférence d‘au moins 0,7mm, la somme des épaisseurs de la première feuille de verre et de la deuxième feuille de verre étant de préférence strictement inférieure à 5mm ou 4mm, même à 3,7mm.
De façon avantageuse, au moins dans la fenêtre de transmission proche infrarouge, la ou les feuilles de verre sont en verre transparent dans le proche infrarouge, comme par exemple décrits dans les documents de brevet WO2018015312 et/ou WO2018178278.
Notamment, dans le(s) mode(s) de réalisation sans trou dans la première ni la deuxième feuille de verre (figures 10-12), la première feuille de verre 1 est en verre clair ou extraclair et la deuxième feuille est aussi en verre clair ou extraclair.
Le pare-brise de véhicule routier en particulier est bombé. De façon classique et bien connue, le pare-brise est obtenu par feuilletage à chaud des première, deuxième feuilles de verre 1, 2 et de l’intercalaire de feuilletage 3. On choisit par exemple un intercalaire de feuilletage 3 en PVB clair (ou teinté) de 0,38mm ou 0,76mm d’épaisseur.
Le système de vitrage comporte un dispositif optique arrangé sur un trajet optique du faisceau d’émission 70 émis par le lidar. Selon la présente divulgation, le dispositif optique comporte une lentille convergente 20. La lentille convergente 20 a une première surface 21, dite surface arrière ou face A, ici dans l’habitacle et une deuxième surface 22, opposée à la première surface 21, la deuxième surface 22, dite surface avant ou face B, étant orientée vers l’extérieur. La lentille convergente 20 fonctionne de préférence en espace libre. La lentille convergente 20 est de préférence monobloc. La lentille convergente 20 comporte par exemple une lentille optique. La lentille convergente 20 est par exemple formée dans l’un des matériaux suivants : PMMA (polyméthacrylate de méthyle), verre de préférence extraclair. La lentille convergente 20 a notamment un indice optique de réfraction de 1.48 à la longueur d’onde de travail LB1 dans le cas du PMMA. La lentille convergente 20 a par exemple une épaisseur au centre comprise entre 1 cm et 4 cm.
Au moins une surface parmi la première surface 21 et la deuxième surface de la lentille convergente 20 est une surface convexe ici non réglée, De façon avantageuse, la surface convexe non réglée est une surface paramétrée de classe C2, c’est-à-dire une surface régulière deux fois dérivable et de dérivées continues. Par exemple, au moins une des deux surfaces 21, 22 est une surface définie par une équation polynômiale de degré supérieur ou égal à trois. En particulier, au moins une des deux surfaces 21, 22 est une surface définie par une équation polynômiale de degré quatre. Nous détaillons plus loin un exemple de surfaces 21, 22 d’une lentille convergente 20, dans lequel chacune des deux surfaces 21, 22 est définie par une équation polynômiale de degré quatre.
La lentille convergente 20 est disposée dans le plan de référence du lidar pour recevoir le faisceau d’émission 70 émis par le lidar 7. Par exemple, la lentille convergente 20 est disposé sur la direction médiane de pointé 40 de la source de lumière 71. En variante, un ou plusieurs composants optiques sont disposés entre la source de lumière 71 et la lentille convergente de façon à rediriger le faisceau d’émission vers la lentille convergente 20.
Dans une application, la lentille convergente 20 permet en outre de modifier la direction médiane de pointé 45 du faisceau d’émission. Par exemple, l’une ou les deux surfaces 21, 22 de la lentille convergente est une surface polynômiale de degré supérieur ou égal à trois avec des ordres impairs non nuls. Par exemple, les deux surfaces 21, 22 de la lentille convergente 20 sont d’ordre supérieur ou égal à 4 avec des ordres impairs nuls et la lentille convergente 20 est couplée à un moyen de redirection comme un miroir 75 ou un prisme. Le moyen de redirection est préférentiellement positionné entre le lidar et la lentille convergente 20, comme illustré enFIG. 12. Dans ce cas, le LIDAR peut par exemple avantageusement pointer vers le bas pour réduire l’encombrement du support mécanique 81.
Sur laFIG. 12, on a représenté un dispositif optique comprenant un déflecteur optique 75, par exemple un miroir plan, disposé entre la source de lumière 71 et la lentille convergente 20. Le déflecteur optique 75 permet de placer le lidar au plus près du vitrage et/ou d’ajuster l’orientation de la direction médiane de pointé 40. Dans tous les cas, la première surface 21 est disposée de façon à recevoir le faisceau d’émission 70 sur tout le champ de vue source, c’est-à-dire sur l’ouverture angulaire verticale VFOV1 et sur l’ouverture angulaire horizontale interne HFOV1. A cet effet, le point origine O1 de la première surface 21 est situé à une distance, notée d1, de la source de lumière 71 (réelle ou virtuelle). La distance d1est de préférence dans une gamme allant de 20 mm et 150 mm, par exemple de 110 mm.
De plus, la lentille convergente 20 est conçue pour présenter un premier grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un premier plan de référence de la lentille, noté ici plan YZ ou PREF1(voir figures 1 et 4), et un deuxième grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un plan perpendiculaire au premier plan de référence, le plan perpendiculaire étant ici noté plan XZ ou PREF2(voir [Fig. 2] etFIG. 4). Le premier plan de référence PREF1de la lentille convergente 20 est transverse à la première surface 21 et à la deuxième surface 22. Avantageusement, le premier plan de référence PREF1et le plan perpendiculaire PREF2de la lentille convergente 20 comportent chacun une normale à la première surface 21 et une normale à la deuxième surface 22. De préférence, la lentille convergente 20 est disposée de façon à ce que le premier plan de référence de la lentille soit confondu avec le plan de référence du lidar.
De plus, la lentille convergente 20 est conçue pour présenter un grandissement optique angulaire asymétrique, le deuxième grandissement angulaire étant différent du premier grandissement angulaire. La lentille convergente 20 ne présente pas de symétrie de révolution autour de son axe optique 25 contrairement à une lentille sphérique ou asphérique de révolution. Pour une lentille convergente, le grandissement angulaire étant négatif, on considère ici le grandissement angulaire en valeur absolue. Notamment, le deuxième grandissement angulaire est supérieur en valeur absolue au premier grandissement angulaire. De cette manière, le faisceau d’émission 70 émergeant de la deuxième surface 22 de la lentille convergente 20 présente une ouverture angulaire verticale VFOV2 supérieure à l’ouverture angulaire verticale VFOV1 du champ de vue côté source et une ouverture angulaire horizontale HFOV2 supérieure à l’ouverture angulaire horizontale HFOV1 du champ de vue côté source.
Le premier grandissement angulaire est le rapport entre l’ouverture angulaire verticale VFOV2 du faisceau d’émission 70 émergeant de la deuxième surface de la lentille convergente 20 et l’ouverture angulaire verticale VFOV1 du faisceau d’émission 70 du lidar incident sur la première surface 21 de la lentille convergente 20 dont le premier plan de référence est disposé dans le plan caractéristique du vitrage 100, 200, 300, 400. Le premier grandissement angulaire est le grandissement angulaire de la lentille convergente 20 dans le plan caractéristique YZ du système de vitrage. Le plan YZ est par exemple un plan vertical.
De manière analogue, le deuxième grandissement angulaire est le rapport entre l’ouverture angulaire horizontale HFOV2 du faisceau d’émission 70 émergeant de la deuxième surface de la lentille convergente 20 et l’ouverture angulaire horizontale HFOV1 du faisceau d’émission 70 du lidar incident sur la première surface 21 de la lentille convergente 20 dont le premier plan de référence est disposé dans le plan caractéristique du vitrage 100, 200, 300, 400. Le deuxième grandissement angulaire est le grandissement angulaire de la lentille convergente 20 dans le plan XZ orthogonal au plan caractéristique du système de vitrage et comprenant la direction médiane de pointé 40 du faisceau d’émission 70 incidente sur la première surface 21. Le plan XZ est par exemple un plan horizontal.
Comme illustré sur les figures 1 et 2, le faisceau d’émission réfracté à travers la deuxième surface 22 est transmis en espace libre puis à travers le vitrage 100, ici assimilé à une lame à faces planes et parallèles qui ne modifie pas l’ouverture angulaire verticale VFOV2 ni l’ouverture angulaire horizontale HFOV2 en sortie du vitrage 100. On obtient ainsi en sortie du système de vitrage un faisceau d’émission ayant une ouverture angulaire verticale VFOV2 et une ouverture angulaire horizontale HFOV2 plus étendues respectivement que celles de la source de lumière 71. De plus, grâce au composant optique réfractif 20, le grandissement angulaire du champ de vue est plus élevé dans le plan horizontal que dans le plan vertical.
Dans le premier mode de réalisation, le vitrage 100, 110, 120, 130, ne comporte pas de trou pour laisser passer le faisceau d’émission du lidar. La lentille convergente 20 est disposé à l’intérieur de l’habitacle. La deuxième surface 22 de la lentille convergente 20 est située en vis-à-vis de la fenêtre de transmission proche infrarouge 111, la deuxième surface 22 étant décalée de la face principale interne 12, 14 du vitrage 100, 110, 120, 130. Le point origine O2de la deuxième surface 22 de la lentille convergente est placé à une distance d2de la face principale interne 12 du vitrage 100 si vitrage simple (voir figures 1 et 2) ou respectivement de la quatrième de la face principale interne 14 du vitrage feuilleté 100 (voir figures 10-12). Dans ce cas, le faisceau d’émission se propage en espace libre entre la deuxième surface 22 de la lentille convergente 20 et la face principale interne 12, 14 du vitrage 100. On place de préférence la lentille convergente 20 de façon à minimiser la distance d2.La distance d2est prise suivant l’axe optique longitudinal de la lentille 20 ou du faisceau d’émission. La distance d2par exemple est de 70mm. Cette minimisation de la distance d2permet de réduire l’encombrement du système de lidar et la taille de l’empreinte.
Sur laFIG. 4, on a représenté en perspective une lentille convergente 20 selon un exemple de réalisation. La lentille convergente 20 a une première surface 21 convexe et une deuxième surface 22 plane ou concave ou convexe. La première surface 21 et la deuxième surface 22 ont des formes non sphériques et sans symétrie de révolution autour de l’axe optique 25. La forme de la première surface 21 et la forme de la deuxième surface 22 sont conçues et optimisées pour que le faisceau d’émission 70 du lidar incident sur la première surface ayant une ouverture angulaire horizontale HFOV1, respectivement verticale VFOV1, le faisceau d’émission réfracté à travers la lentille convergente 20 présente en sortie de la deuxième surface 22 une ouverture angulaire horizontale HFOV2 supérieure à l’ouverture angulaire horizontale HFOV1, et respectivement une ouverture angulaire verticale VFOV2 supérieure à l’ouverture angulaire verticale VFOV1.
De façon particulièrement avantageuse, la lentille convergente 20 comporte un traitement antireflet 27 sur la première surface 21 et/ou un traitement antireflet 28 sur la deuxième surface 22. Le traitement antireflet 27, 28 comprend par exemple une couche à base de silice poreuse ayant une épaisseur adaptée en fonction de la longueur d’onde LB1 du lidar.
De façon alternative ou complémentaire, la lentille convergente 20 comporte un revêtement externe hydrophobe, par exemple à base de composé fluoré, ou auto-nettoyant sur la première surface 21 et/ou sur la deuxième surface 22.
La lentille convergente 20 (sans symétrie de révolution) présente un grandissement angulaire différent dans le premier plan de référence et dans le deuxième plan de référence perpendiculaire au premier plan de référence. Cette configuration de la lentille convergente 20 permet d’obtenir des valeurs différentes pour l’ouverture angulaire horizontale HFOV2 et l’ouverture angulaire verticale VFOV2 en sortie de la lentille convergente 20. Une seule lentille convergente 20 permet ainsi d’ajuster indépendamment l’ouverture angulaire horizontale HFOV2 et l’ouverture angulaire verticale VFOV2 du faisceau d’émission en sortie du système de vitrage.
De préférence, le deuxième grandissement angulaire est supérieur ou égal à 2.0 et même le premier grandissement angulaire est supérieur ou égal à 2.0.
LaFIG. 4montre un exemple de lentille convergente 20 qui ici a une première surface 21 convexe, une deuxième surface 22 plane ou non réglée, préférentiellement convexe. La lentille convergente 20 a aussi un axe optique 25 longitudinal transverse à la première surface 21 et à la deuxième surface 22. La lentille convergente 20 présente ici en outre des faces latérales préférentiellement planes : une face supérieure 23, une face inférieure 24 et deux faces 26 perpendiculaires à la face supérieure 23 et/ou à la face inférieure 24. L’une au mois des faces latérales 23, 24, 26 permet de placer la lentille convergente 20 dans une monture opto-mécanique et de l’aligner par rapport au plan de référence YZ du lidar et/ou au plan caractéristique du vitrage. De préférence, l’axe optique 25 de la lentille convergente 20 est aligné sur la direction médiane de pointé 40 du faisceau d’émission 70 du lidar. De préférence, la face supérieure 23, la face inférieure 24 et/ou les deux faces 26 est (sont) plane(s).
A titre d’exemple non limitatif, les dimensions externes de la lentille convergente 20 sont d’environ 30 mm (suivant l’axe optique 25), d’environ 44mm (entre les faces latérales 26) et d’environ 25.4mm (entre les faces latérales 23 et 24).
La lentille convergente 20 permet d’augmenter de façon asymétrique l’ouverture angulaire verticale et l’ouverture angulaire horizontale du faisceau d’émission 70 du lidar. Par exemple l’ouverture angulaire horizontale HFOV1 et l’ouverture angulaire verticale VFOV1 sont inférieures à 20 degrés. Et la lentille convergente permet d’obtenir un faisceau d’émission ayant une ouverture angulaire horizontale HFOV2 supérieure au double de l’ouverture angulaire horizontale HFOV1 et, respectivement, une ouverture angulaire verticale VFOV2 supérieure au double de l’ouverture angulaire verticale VFOV1, l’ouverture angulaire verticale VFOV2 étant différente de l’ouverture angulaire horizontale HFOV2 en sortie de la lentille convergente. Par exemple, la lentille de laFIG. 4permet de transformer un faisceau d’émission ayant une ouverture angulaire verticale VFOV1 de 13 degrés et une ouverture angulaire horizontale HFOV1 de 17 degrés en un faisceau d’émission ayant une ouverture angulaire verticale VFOV2 de 26 degrés et une ouverture angulaire horizontale HFOV2 de 80 degrés. Dans cet exemple, le grandissement angulaire vertical est en valeur absolue égal à 2.0 et le grandissement angulaire horizontal est en valeur absolue égal à 4.7.
De préférence, la lentille convergente 20 fonctionne en espace libre, dans l’air.
Dans le premier mode de réalisation, la lentille convergente 20 notamment de forme asymétrique est disposée à l’intérieur de l’habitacle, sur un trajet optique entre la source de lumière 71 et la face principale interne du vitrage. La lentille convergente 20 est fixée, par exemple par collage, sur un support ou une monture opto-mécanique, de préférence via l’une au moins des faces latérales 23, 24 et/ou 26 qui sont inopérantes pour la fonction optique de transfert de la lentille convergente (voir par exempleFIG. 7, 7B, 7C), par exemple par la face latérale inférieure. Le support ou la monture est par exemple fixé au vitrage ou à l’habitacle ou encore à la source de lumière 71 du lidar.
Par exemple, le point origine O1de la première surface 21 est placé à une distance d1de la source de lumière 71 du lidar (source réelle ou virtuelle, c’est-à-dire du point d’où semblent provenir les rayons émergeant du LIDAR) et le point origine O2de la deuxième surface 22 est placé à une distance d2de la face principale interne 12, 14 du vitrage. La lentille convergente 20 forme, dans le plan YZ de référence, une image 73 de la source de lumière 71 à une distance d3de la face principale interne 12, 14 du vitrage 100 suivant l’axe optique de la direction médiane de pointé (FIG. 1). De manière analogue, la lentille convergente 20 forme, dans le plan XZ orthogonal au plan caractéristique, une image 74 de la source de lumière 71 à une distance d4de la face principale interne 12, 14 du vitrage 100 suivant l’axe optique de la direction médiane de pointé ([Fig. 2]). La distance d3est différente de la distance d4du fait de la forme asymétrique de la lentille convergente 20. On peut définir comme dAla distance la plus petite entre d3et d4.
La lentille convergente 20 est de préférence configurée et disposée pour réduire l’empreinte du faisceau d’émission 70 du lidar sur la fenêtre de transmission 111 du système de vitrage 100, 200, 300, 400. A cet effet, la lentille convergente 20 est de préférence disposée de façon à réduire notamment la distance d3et/ou la distance d4. Par exemple, la distance d3et la distance d4sont entre 15mm et 30 mm. Dans un exemple de réalisation, cette configuration de la lentille convergente 20 permet de réduire d’un facteur environ égal à trois la taille L de la fenêtre verticale de projection du faisceau d’émission du lidar dans la fenêtre de transmission 111 du vitrage et d’un facteur environ égal à neuf la largeur W de la fenêtre horizontale de projection du faisceau d’émission du lidar dans la fenêtre de transmission 111 du vitrage, tout en multipliant au moins par deux les ouvertures angulaires horizontale et verticale.
Dans le cas d’un vitrage feuilleté, le vitrage comporte avantageusement une couche de masquage 5 disposée entre la première feuille de verre 1 et l’intercalaire de feuilletage 3 (voir figures 3, 10-19, 26). La couche de masquage 5 est liée à la deuxième face principale interne 12 de la première feuille de verre 1. La couche de masquage 5 est aussi liée à la face principale 38 de l’intercalaire de feuilletage 3. La couche de masquage 5 est opaque aux rayonnements visible et proche infrarouge, par exemple noire, telle qu’une couche d’émail ou une laque. La couche de masquage 5 est apte à masquer le boîtier 8 du lidar. La couche de masquage 5 comporte une épargne de dimensions supérieures à la taille L et à la largeur W du faisceau d’émission incident sur la face principale interne du vitrage. L’épargne dans la couche de masquage 5 permet le passage du faisceau d’émission 70 du lidar et du faisceau réfléchi 76 en direction du dispositif de détection 72. L’épargne de la couche de masquage a par exemple une forme rectangulaire ou trapézoïdale avec deux grands côtés 501, 502 horizontaux et deux petits côtés 503, 504 (voir figures de vues de face 3, 16 et 19).
Nous allons maintenant décrire de façon détaillée un exemple de réalisation dans lequel la première surface 21 et la deuxième surface 22 de la lentille convergente 20 sont définies chacune par une équation polynômiale de degré supérieur ou égal à trois, notamment de degré quatre. La source de lumière 71 est placée à une distance d1de 110 mm du point origine O1de la première surface 21 de la lentille convergente 20. La source de lumière 71 génère un faisceau d’émission ayant une ouverture angulaire verticale VFOV1 de 12,6 degrés et une ouverture angulaire horizontale HFOV de 17,5 degrés.
La première surface 21 est définie par une équation polynômiale de degré quatre (tous les coefficients d’ordre supérieur à quatre sont nuls et tous les coefficients des ordres impairs sont également nuls) qui est la suivante : z(x, y) = 0,051743 x2+ 4,6567.10-7x4+ 0,044764 y2+ 5,1965.10-9y4+ 1,9546.10-6x²*y².
où x, y et z représentent les coordonnées cartésiennes exprimées en millimètres dans un repère orthonormé (O1X, O1Y, O1Z), l’axe O1Z étant parallèle à l’axe optique 25 de la lentille convergente 20 et le point O1de coordonnées (0, 0, 0) étant situé à l’intersection de la première surface 21 et de l’axe optique 25 de la lentille convergente. La première surface 21 présente une symétrie par rapport au plan XO1Z et une autre symétrie par rapport au plan YO1Z. Cependant, la première surface 21 ne présente pas de symétrie de révolution par rapport à l’axe Z, les coefficients en x², x4étant différents des coefficients en y², y4.
La deuxième surface 22 est définie par un autre polynôme dont les coefficients sont définis dans le tableau 1 suivant.
Dans le tableau 1, tous les coefficients d’ordre supérieur à quatre sont nuls et tous les coefficients des ordres impairs sont également nuls. Autrement dit, la deuxième surface 22 est définie par l’équation polynômiale de degré quatre suivante :
z(x, y) = -0,0014947 x2+ 8,0251.10-7x4- 0,0023042 y2+ 1,1265.10-6y4+ 4,2326.10-7x²*y², où x, y et z représentent les coordonnées cartésiennes exprimées en millimètres dans un repère orthonormé (O2X, O2Y, O2Z), l’axe O2Z étant parallèle à l’axe optique 25 de la lentille convergente 20 et le point O2de coordonnées (0, 0, 0) étant situé à l’intersection de la deuxième surface 22 et de l’axe optique 25 de la lentille convergente. La deuxième surface 22 présente également une symétrie par rapport au plan XO2Z et une autre symétrie par rapport au plan YO2Z. Cependant, la deuxième surface 22 ne présente pas de symétrie de révolution par rapport à l’axe Z, les coefficients en x², x4étant différents des coefficients en y², y4.
On fabrique par usinage 3D à commande numérique et/ou par moulage une lentille convergente 20 ayant sa première surface 21 définie par l’équation polynômiale P1 de degré quatre indiquée ci-dessus et sa deuxième surface 22 définie par l’équation polynômiale P2 de degré quatre indiquée ci-dessus. La lentille convergente 20 est par exemple fabriquée à partir d’un bloc usinable de polyméthacrylate de méthyle (PMMA). On génère en sortie du système de vitrage équipé de cette lentille convergente 20 un faisceau d’émission 70 ayant une direction médiane de pointé 45 ici horizontale, une ouverture angulaire verticale VFOV2 d’environ 26 degrés et une ouverture angulaire horizontale HFOV2 d’environ 80 degrés. Dans cet exemple, le grandissement angulaire vertical est en valeur absolue égal à 2.06 et le grandissement angulaire horizontal est en valeur absolue égal à 4.57.
LaFIG. 5montre des graphiques illustrant le grandissement angulaire asymétrique de la lentille convergente ayant la première surface 21 définie par le polynôme P1 et la deuxième surface 22 définie par le polynôme P2 indiqués ci-dessus.
Sur le graphique de gauche de laFIG. 5, on a représenté en trait plein les tranches d’intensité du faisceau d’émission de la source de lumière 71 du lidar en amont de la lentille convergente 20 en fonction de l’angle par rapport à la direction médiane de pointé (correspondant à l’angle égal à 0 degré) dans le plan caractéristique (plan vertical YZ) et en trait tireté les tranches d’intensité du faisceau d’émission du lidar en amont de la lentille convergente 20 en fonction de l’angle par rapport à la direction médiane de pointé dans le plan orthogonal (plan horizontal XZ) au plan caractéristique. Sur ce graphique, on évalue l’ouverture angulaire verticale VFOV1 du faisceau d’émission de la source de lumière 71 du lidar à environ 5 degrés et respectivement son ouverture angulaire horizontale HFOV1 à environ 17,5 degrés. Les courbes de laFIG. 5sont obtenues par simulation numérique. En pratique, l’intensité peut être mesurée en fonction de l’angle d’ouverture en utilisant un système goniométrique en champ lointain.
Sur le graphique de droite de laFIG. 5, on a représenté en trait plein les tranches d’intensité du faisceau d’émission en sortie de la lentille convergente 20 en fonction de l’angle par rapport à la direction médiane de pointé (correspondant à l’angle égal à 0 degré) dans le plan caractéristique (plan vertical YZ) et en trait tireté les tranches d’intensité du faisceau d’émission en sortie de la lentille convergente 20 en fonction de l’angle par rapport à la direction médiane de pointé (correspondant à l’angle égal à 0 degré), dans le plan orthogonal (plan horizontal XZ) au plan caractéristique. Sur ce graphique, on évalue l’ouverture angulaire verticale VFOV2 du faisceau d’émission en sortie de la lentille convergente 20 à environ 20 degrés et son ouverture angulaire horizontale HFOV2 à environ 80 degrés.
En comparant laFIG. 5de gauche et laFIG. 5de droite, on observe clairement l’augmentation d’environ un facteur 3,5 de l’ouverture angulaire verticale (VFOV2) du faisceau d’émission en sortie de cette lentille convergente 20 comparée à l’ouverture angulaire verticale (VFOV1) du faisceau d’émission de la source de lumière du lidar. De plus, on observe que l’intensité par tranche d’angle reste quasiment constante après agrandissement du champ de vue sur pratiquement toute l’ouverture verticale du champ de vue. On observe aussi clairement l’augmentation d’environ un facteur 4 de l’ouverture angulaire horizontale (HFOV2) du faisceau d’émission en sortie du vitrage comparée à l’ouverture angulaire horizontale (HFOV1) du faisceau d’émission de la source de lumière du lidar. De plus, on observe que l’intensité par tranche d’angle reste quasiment constante après agrandissement du champ de vue sur pratiquement toute l’ouverture horizontale du champ de vue.
De façon remarquable, on peut ainsi utiliser un lidar ayant un champ de vue interne d’ouverture angulaire verticale VFOV1 et horizontale HFOV1 très réduite, par exemple de 10 deg. ou même 9 deg. ou 8 deg. en vertical et de 20 degrés, ou même 15 degrés ou 10 degrés en horizontal tout en obtenant un champ de vue externe d’ouverture angulaire verticale VFOV2 et horizontale HFOV2 agrandies, par exemple ici de 20 deg. ou même 25 ou 30 degrés en vertical et de 80 degrés ou même 100 ou même 120 degrés en horizontal.
LaFIG. 6montre une carte d’irradiance (en W/mm²) du faisceau d’émission de la source du lidar mesurée en projection en 2D dans un plan perpendiculaire à la direction médiane de pointé du lidar à une distance de 1610mm de la source d’émission sans la lentille convergente 20. L’étendue du champ de vue est limitée à une zone à peu près elliptique dont le petit axe a une longueur d’environ 760 mm suivant l’axe vertical (Y) et dont le grand axe a une longueur d’environ 1000 mm suivant l’axe horizontal (X).
LaFIG. 6montre une carte d’irradiance (en W/mm²) du faisceau d’émission de la même source de lumière combinée à une lentille convergente 20 ayant une première surface 21 et une deuxième surface 22 définies par les équations polynomiales P1 et P2 indiquées ci-dessus. La carte d’irradiance est ici mesurée en projection en 2D dans un plan perpendiculaire à la direction médiane de pointé du lidar à une distance de 1610 mm de la source d’émission combinée avec la lentille convergente 20, la distance d1entre la source et la lentille convergente 20 étant d’environ 110 mm. On mesure ainsi un agrandissement asymétrique du champ de vue vertical et horizontal en sortie du vitrage en projection en 2D (graphique de droite). Après agrandissement asymétrique, le champ de vue s’étend sur une zone à peu près rectangulaire dont la largeur est d’environ 1100 mm suivant l’axe vertical (Y) et dont la longueur est d’environ 2700 mm suivant l’axe horizontal (X). L’agrandissement du champ de vue du faisceau d’émission en sortie du vitrage avec la lentille convergente 20 permet de couvrir un plus grand champ de vue sans augmenter la taille L ni la largeur W de la fenêtre de projection du faisceau d’émission lidar 70 sur la face principale interne 12, 14 du vitrage. La longueur L s’exprime en fonction de la distance d3selon la formule suivante : L=2*d3*tan(VFOV2/2) et la largeur W en fonction de la distance d4selon la formule suivante : W=2*d4*tan(HFOV2/2).
L’invention offre un avantage supplémentaire qui est de permettre d’obtenir une section du faisceau du lidar dans un plan perpendiculaire à l’axe de propagation du faisceau de forme à peu près rectangulaire, et non circulaire, elliptique ou déformée comme ce qui serait obtenu après une lentille sphérique, asphérique ou cylindrique. Une section du faisceau dans un plan perpendiculaire à l’axe de propagation du faisceau de forme à peu près rectangulaire est désirable pour permettre notamment de détecter des objets proches du véhicule en bordure de champ de vue, comme des piétons par exemple.
De façon remarquable, on peut ainsi utiliser un lidar ayant un champ de vue interne de section rectangulaire et d’ouverture angulaire verticale VFOV1 et d’ouverture angulaire horizontale HFOV1 très réduites, tout en obtenant un champ de vue externe de section rectangulaire ayant une ouverture angulaire verticale VFOV2 et une ouverture angulaire horizontale HFOV2 agrandies chacune d’un grandissement différent.
Par exemple, le grandissement angulaire de l’ouverture angulaire verticale est en valeur absolue supérieur à 1.0, de préférence supérieur à 2.0 et le grandissement angulaire de l’ouverture angulaire verticale est en valeur absolue supérieur à 1.0, de préférence supérieur à 2.0, par exemple de l’ordre de 4.0.
Par exemple, l’ouverture angulaire verticale interne VFOV1 va de 2 à 15 degrés, de préférence inférieure à 10 degrés, par exemple de 7 degrés et respectivement l’ouverture angulaire verticale externe VFOV2 va de 3 à 45 degrés, de préférence supérieure à 15 degrés, par exemple de 20 degrés. L’ouverture angulaire horizontale interne HFOV1 va de 10 à 25 degrés, de préférence inférieure à 20 degrés, par exemple de 17 degrés et respectivement l’ouverture angulaire horizontale externe HFOV2 va de 12 à 120 degrés, de préférence supérieure à 30 degrés, par exemple de 80 degrés.
Comme indiqué plus haut, dans le premier mode de réalisation, pour transmettre le faisceau LIDAR, le vitrage 100, 110, 120, 130, comporte une fenêtre de transmission 111 dans une zone réservée du vitrage qui est dépourvue de trou ou d’encoche.
Dans certains modes de réalisation, décrits ci-dessous en lien avec les figures 13-22, pour transmettre le faisceau LIDAR, le vitrage 110, 200, 220, 300, 310, 320, 400, 500 est troué par un trou partiel 30 ou un trou traversant 31 (complet) du vitrage, en particulier formant encoche. Le trou partiel 30 ou un trou traversant 31, en particulier l’encoche, est dédié individuellement au LIDAR ou est un trou voire encoche commun logeant un support notamment multifonctions (multi capteurs) ou dédié à la lentille.
De préférence un support 80 est disposé au moins partiellement dans le trou partiel ou traversant et/ou en saillie de la première face principale ou de la quatrième face principale, le support 80 étant lié au vitrage ou au bord du trou partiel ou trou traversant. Par exemple, la lentille convergente 20 est liée (par collage ou contact adhésif direct à ce support sur sa face inférieure, sa face supérieure ou une des faces latérales). Notamment, la lentille convergente 20 est située en vis-à-vis du trou partiel 30 ou respectivement du trou traversant 31, la deuxième surface 22 de la lentille convergente 20 étant décalée de la face principale interne 12, 14 du vitrage 110, 200, 300, ou la deuxième surface 22 étant affleurante ou sous-affleurante de la face principale externe du vitrage 400, 500.
Le trou partiel 30, ou respectivement le trou traversant 31, est par exemple de forme rectangulaire ou trapézoïdale et comporte un premier grand côté 301 ou bord longitudinal dit supérieur le plus proche de la tranche du bord longitudinal supérieur 10 du vitrage, de préférence parallèle à cette tranche 10, un deuxième grand côté 302 ou bord longitudinal dit inférieur (le plus éloigné de la tranche du bord longitudinal supérieur 10, proche de la zone centrale) parallèle au premier grand côté de longueur d’au plus 25cm ou 20cm et de préférence plus grande que celle du premier grand côté par exemple 14cm, deux petits côtés 303, 304 ou bords latéraux droits ou obliques (voirFIG. 19). Le trou partiel 30, ou respectivement le trou traversant 31, peut avoir des coins arrondis.
En variante, le trou partiel 30, ou respectivement le trou traversant 31, forme une encoche sur un bord, par exemple le bord supérieur 10, du vitrage (voir figures 16 et 19). Sur les figures 16 et 19, on observe les bords 301, 302, 303, 304 du trou partiel 30, ou respectivement du trou traversant 31.
Par ailleurs, sur les figures 10 à 19, on a représenté différents modes d’intégration de lentille convergente 20 à un vitrage. Ces figures comportent les éléments communs suivants. Le vitrage feuilleté 100, 110, 120, 130, 200, 210, 220, 300, 310, 320, 400, 500 comporte une première feuille de verre 1, un intercalaire de feuilletage 3 et une deuxième feuille de verre 2. Le système de vision infrarouge 7 est placé dans un boîtier 8, par exemple en plastique ou métal. Selon différents exemples de réalisation, la source de lumière 71 et le dispositif de détection 72 sont disposés côte à côte dans un plan vertical, dans un plan horizontal ou encore dans un plan incliné par rapport à un plan horizontal.
Le boitier 8 est fixé par un moyen de fixation de manière amovible par exemple par clipsage. Le boitier 8 est fixé par exemple (entièrement) à la quatrième face principale 14 de la deuxième feuille de verre 2 par le moyen de fixation de manière amovible par exemple par clipsage. En variante, le boitier 8 est fixé à un support ici multifonctions 80 (une platine multi capteurs, avec antenne etc) fixé (collé) à la quatrième face principale 14 de la deuxième feuille de verre 2. Selon une autre variante, le boitier 8 est fixé à la face F4 ou au support multifonctions 80 et également à un élément du véhicule par exemple du toit du véhicule, notamment à la garniture intérieure de l’habitacle du véhicule et/ou à la carrosserie 160 laquelle est collée à la périphérie du vitrage (sur face 14 ou face 12 si trou partiel ou sur le support 80 si trou traversant du vitrage) via une colle 60 (voirFIG. 11). Un joint 161 (extrudat etc) avec de préférence une lèvre 162 est entre la carrosserie 160 et la tranche du vitrage (et même du support 80 le cas échéant cf.FIG. 18).
En particulier, le système de vitrage comporte un support ou platine 80 en particulier multifonctions, notamment opaque, si nécessaire troué (avec un orifice 81) au droit de la fenêtre de transmission proche infrarouge. La platine est sur la face F4 (figures 14, 17, 21 22) ou au sein d’un trou traversant (FIG. 18,22). L’orifice 81 est en vis-à-vis voire loge la deuxième surface de la lentille convergente 20. Le support ou platine 80 peut former embase pour fixer la lentille convergente 20. La platine 80 éventuellement forme embase pour un ou plusieurs autres capteurs tel que capteur de pluie, caméra visible, caméra thermique etc. La platine 80 est par exemple liée au boitier 8 et/ou à la garniture intérieure de l’habitacle du véhicule.
Selon un exemple de réalisation, la platine 80 est transparente à la longueur d’onde LB1 du rayonnement du lidar, la lentille convergente 20 étant par exemple placée en vis-à-vis de la face arrière de cette platine 80, côté habitacle.
Selon d’autres exemples de réalisation, la platine 80 est opaque ou absorbante à la longueur d’onde LB1 du rayonnement du lidar, la platine 80 comportant donc un orifice 81 dans lequel est par exemple disposée en partie la lentille convergente 20 (FIG. 18) ou en vis-à-vis (FIG. 11).
Dans un exemple du premier mode de réalisation illustré enFIG. 12, la source de lumière 71 et le dispositif de détection 72 sont par exemple fixés à un support 81 qui est lui-même fixé au boitier 8 ou à la garniture intérieure de l’habitacle du véhicule. La lentille convergente 20 est ici fixée au même support 81, par exemple via sa face inférieure 24. De préférence, le support 81 comporte des moyens d’ajustement en position et/ou en orientation de la lentille convergente pour aligner l’axe optique 25 de cette lentille convergente par rapport à la direction médiane de pointé 40 de la source de lumière 71. De plus, le support 81 comporte de préférence des moyens d’ajustement en position de l’ensemble formé par le système lidar (source 71 et détecteur 72) et la lentille convergente 20 de façon à ajuster la distance entre la deuxième surface 22 de la lentille convergente 20 et la face principale intérieure 14 du vitrage. Ces moyens d’ajustement permettent de réduire l’empreinte du faisceau d’émission incident sur la face principale interne du vitrage 130 tout en permettant d’augmenter l’ouverture angulaire horizontale et verticale du faisceau d’émission en sortie du vitrage. Pour un faisceau de section rectangulaire, l’empreinte du faisceau est en général définie par la projection de ce rectangle de longueur L et de largeur W sur le vitrage.
Dans un autre exemple du premier mode de réalisation illustré en lien avec les figures 7 à 9, le système de vitrage comporte un support ou platine 80 (voir figures 3, 8-9) si nécessaire trouée dans la fenêtre de transmission 111 (en vis-à-vis de la lentille convergente) et en vis-à-vis de la lentille convergente 20.
La platine 80 peut comporter des zones 601, 602, 603 (cfFIG. 3) pour un ou plusieurs autres capteurs, tel que capteur de pluie, caméra visible, caméra thermique, etc comportant si nécessaire des ouvertures pour la transmission optique et/ou même formant embase pour ces capteurs. La platine 80 est liée à la face principale arrière 14 du vitrage (voir figures 8-9) et/ou au boitier 8 et/ou à la garniture intérieure de l’habitacle du véhicule. Sur laFIG. 3, on observe les bords 801, 802, 803, 804 de la platine 80.
La lentille convergente 20 est fixée par exemple par collage de la face inférieure 24 à un support opto-mécanique 82 (voir figures 7B-7C). Le support opto-mécanique 82 est lui-même fixé, par exemple via deux vis, à une pièce 83 formant embase. L’embase 83 permet de fixer la lentille convergente 20 à la platine 80 directement (voirFIG. 7) ou via un logement 84 en forme de U comportant par exemple une glissière apte à recevoir l’embase 83 munie d’un rail de guidage correspondant à la glissière (voirFIG. 9). Ce montage opto-mécanique permet de placer la lentille convergente 20 au plus près de la face principale intérieure 14 du vitrage, tout en autorisant un ajustement de la distance d2.
Dans un exemple du deuxième mode de réalisation (voirFIG. 20), le vitrage 200 comporte un trou partiel 30 dans le plan caractéristique pour former une fenêtre 111 de transmission proche infrarouge apte à laisser passer le faisceau d’émission du lidar. Le trou partiel 30 est formé du côté intérieur du vitrage. Dans cet l’épaisseur E du vitrage est localement amincie jusqu’à une épaisseur E2 inférieure à E. Par exemple, l’épaisseur E va de 1 mm à 3 mm, préférentiellement de 1.6 mm à 2.1 mm et l’épaisseur E2 va de 0.1 mm à 2.1 mm, préférentiellement de 0.5 mm à 1.6 mm, préférentiellement de 0.7 mm à 1.1 mm.
Dans le trou partiel 30, le vitrage a une surface principale interne 15. La lentille convergente 20 est disposée à l’intérieur de l’habitacle et au moins en partie dans le trou partiel 30. Le point origine O2de la deuxième surface 22 de la lentille convergente est placé à une distance d2de la face principale interne 15 du vitrage 200. Dans ce cas, le faisceau d’émission se propage en espace libre entre la deuxième surface 22 de la lentille convergente 20 et la face principale interne 15 du vitrage 200 dans le trou partiel 30.
Dans un autre exemple du deuxième mode de réalisation (voirFIG. 13), le vitrage est un vitrage feuilleté comportant un trou partiel 30 qui est un trou traversant de la deuxième feuille 2 de verre du vitrage feuilleté référence pour former la fenêtre 111 de transmission. La lentille convergente 20 est ici placée en vis-à-vis du trou 30. Sur laFIG. 13, le trou 30 est fermé, c’est-à-dire éloigné du bord longitudinal supérieur 10 du vitrage 200. Dans cet exemple, la première feuille de verre 1 et la feuille intercalaire 3 ne comportent pas de trou au droit du trou 30 traversant de la deuxième feuille 2. De préférence on peut ajouter dans le trou un insert lié à la feuille intercalaire 3 par exemple un verre extraclair notamment d’épaisseur inférieure ou égal à l’épaisseur de la deuxième feuille de verre. Dans une variante cet insert est collé une colle locale par exemple une colle OCA (« optical clear adhesives » en anglais). Dans une autre variante, on retire tout ou partie l’intercalaire 3 et par exemple la face F2 comporte un élément antireflet proche infrarouge.
Dans une autre variante du deuxième mode de réalisation (voirFIG. 14), le vitrage est un vitrage feuilleté comportant un trou partiel 30 qui est un trou traversant complet de la deuxième feuille 2 de verre et de préférence de la feuille intercalaire 3 du vitrage feuilleté pour former la fenêtre 110 de transmission. La lentille convergente 20 est ici placée en vis-à-vis du trou 30 (en vis-à-vis de la face F2). Sur laFIG. 14, le trou 30 forme une encoche sur le bord longitudinal supérieur 10 du vitrage. Dans cet exemple, la première feuille de verre 1 ne comporte pas de trou au droit du trou 30 traversant de la deuxième feuille 2 et la feuille intercalaire 3.
Dans des modes de réalisation (voir figures 15, 17, 18, 21 et 22), le vitrage comporte un trou complet ou trou traversant 31 dans le plan caractéristique pour former une fenêtre 111 de transmission proche infrarouge apte à laisser passer le faisceau d’émission du lidar. En particulier pour les figures 21 et 22, le trou traversant 31 du vitrage est fermé de préférence par une plaque 32, de type lame transparente à la longueur d’onde LB1, à faces parallèles, d’épaisseur constante et espacé de la surface 22. La plaque 32 a une face principale interne 321 et une face principale externe 322. La lame est par exemple collé à la face latérale supérieure 24 via une colle 60 (FIG. 22).
Dans les exemples illustrés enFIG. 20ouFIG. 21, le trou traversant 31 est fermé sur son périmètre, par exemple par des côtés 301, 302, 303, 304.
Dans les exemples illustrés enFIG. 18ouFIG. 22, le trou traversant 31 forme une encoche ouverte par exemple sur le bord longitudinal supérieur 10 du vitrage et par exemple fermé sur trois autres côtés 302, 303, 304.
Dans des modes de réalisation (voir figures 21-22), la plaque 32 est fixée, par exemple par collage de sa face principale interne 321 sur la face principale externe 11 du vitrage en périphérie du trou traversant 31 de façon fermer le trou traversant 31 du côté extérieur et à assurer l’étanchéité du vitrage 310, 320. La lentille convergente 20 est disposé à l’intérieur de l’habitacle, et de préférence au moins partiellement à l’intérieur du trou traversant 31. Dans ce cas, le faisceau d’émission 70 se propage en espace libre entre la deuxième surface 22 de la lentille convergente 20 et la face principale interne 321 de la plaque 32 dans le trou traversant. La deuxième surface 22 de la lentille convergente est en vis-à-vis et placée à distance de la face principale interne 321 de la plaque 32. Autrement dit, le faisceau d’émission se propage en espace libre entre la deuxième surface 22 de la lentille convergente et la face principale interne 321 de la plaque 32.
Dans des modes de réalisation (voirFIG. 20ouFIG. 21), la lentille convergente 20 est fixée par sa face inférieure 24 ici plane au support 80 qui est inséré au moins en partie dans le trou partiel 30, respectivement dans le trou traversant 31. La face supérieure 23 ici plane de la lentille convergente 20 est contre ou fixée, par exemple par collage, au premier grand côté 301 du trou partiel 30, respectivement du trou traversant 31. Le support 80 est contre ou fixé, par exemple par collage, au deuxième grand côté 302 du trou partiel 30, respectivement du trou traversant 31. De cette façon, la lentille convergente 20 est liée au vitrage 300. La deuxième surface 22 de la lentille convergente 20 est à une distance d2fixe de la face principale interne 15 du vitrage 200 ou respectivement de la face principale interne 321 de la plaque 32 liée au vitrage 300.
Dans le troisième mode de réalisation (voir figures 15 et 16), la lentille convergente 20 est en vis-à-vis d’une platine 80 (par exemple multifonctions, avec des fenêtres de transmission pour diverses capteurs) qui est inséré au moins en partie dans le trou traversant 31, par exemple formant encoche. Par exemple, la platine 80 est liée par exemple par une colle 61 au moins à la première feuille de verre 1. La platine 80 est ici constituée d’une feuille transparente à la longueur d’onde LB1 (verre extraclair, plastique etc) et par exemple de même épaisseur que la première feuille de verre 1. Selon un aspect particulier applicable à ce mode de réalisation, une couche de masquage 88 (revêtement) est disposée sur la platine 80, opaque dans le visible et dans le proche infra-rouge, par exemple de couleur noire, notamment à la longueur d’onde de travail. La couche de masquage 88 protège des UV notamment la colle 60 si nécessaire.
La platine 80 peut comporter des zones 601, 602, 603 (cfFIG. 16) pour un ou plusieurs autres capteurs, tel que capteur de pluie, caméra visible, caméra thermique, etc comportant si nécessaire des ouvertures pour la transmission optique et/ou même formant embase pour ces capteurs.
Dans un autre mode de réalisation illustré enFIG. 17, le trou traversant 31 du vitrage 400 est fermé par la lentille convergente 20 d’axe optique incliné par rapport à l’horizontal. Le trou traversant 31 s’étend ici à travers la première feuille de verre 1, la feuille intercalaire 3 et la deuxième feuille 2 de verre. La lentille convergente 20 est ici fixée par exemple sur sa périphérie via ses faces latérales. Un support 80 multi fonctions est troué au droit du trou 31. Dans la première feuille de verre 1, le trou traversant 31 a si nécessaire une forme complémentaire de la lentille convergente 20. Dans ce cas, il est optionnel de couvrir le trou traversant 31 par une plaque 32. Dans cette configuration, la lentille convergente est configurée pour modifier une direction médiane de pointé d’un faisceau de référence (du lidar) à la longueur d’onde de travail LB1 en sortie du vitrage. La première surface 21 est une surface convexe définie par une équation polynômiale de degré N (entier) supérieur ou égal à trois dans laquelle au moins un coefficient d’ordre impair est non nul et la deuxième surface plane ou convexe notamment affleurante à la face 11. Par exemple, la lentille convergente étant externe au lidar, le faisceau de référence est incliné par rapport à l’horizontal en sortie du lidar (et même en variante en sortie d’un déflecteur intercalé entre le lidar sensiblement parallèle au plan du vitrage ou avec un petit angle et la lentille convergente) et en sortie du vitrage sensiblement à l’horizontal.
Dans un mode de réalisation illustré enFIG. 18, le trou traversant 31 du vitrage 500 forme une encoche qui est fermée par la lentille convergente 20 d’axe optique incliné par rapport à l’horizontal, son support 80 et de préférence un joint 61 continu entre le support et les bords du trou traversant 31. Dans ce cas, il est optionnel de couvrir le trou traversant 31 par une plaque 32. Le trou traversant 31 s’étend ici en vis-à-vis à travers la première feuille de verre 1, la feuille intercalaire 3 et la deuxième feuille 2 de verre. La lentille convergente 20 est ici fixée à un support 80 par exemple fixé à ses côtés 23, 24, 26. La lentille convergente 20 et le support 80 sont logés dans le trou traversant 31. La deuxième face de la lentille convergente est affleurante voire sous-affleurante de la face principale externe 11 du vitrage 500. Dans cette configuration, la lentille convergente est configurée pour modifier une direction médiane de pointé d’un faisceau de référence (du lidar) à la longueur d’onde de travail LB1 en sortie du vitrage. La première surface 21 est une surface convexe définie par une équation polynômiale de degré N (entier) supérieur ou égal à trois dans laquelle au moins un coefficient d’ordre impair est non nul et la deuxième surface plane ou convexe notamment affleurante à la face 11. Par exemple, la lentille convergente étant externe au lidar, le faisceau de référence est incliné par rapport à l’horizontal en sortie du lidar (et même en variante en sortie d’un déflecteur intercalé entre le lidar sensiblement parallèle au plan du vitrage ou avec un petit angle et la lentille convergente) et en sortie du vitrage sensiblement à l’horizontal.
Dans des modes de réalisation (voir figures 21-22), la plaque 32 est fixée, par exemple par collage de sa face principale externe 322 sur la face principale interne 12, 14 du vitrage 400 en périphérie du trou traversant 31 de façon à fermer le trou traversant du côté intérieur et assurer l’étanchéité du vitrage. Dans ce quatrième mode de réalisation, la lentille convergente 20 est disposée à l’extérieur de l’habitacle et de préférence au moins partiellement à l’intérieur du trou traversant 31. La première surface 21 de la lentille convergente 20 est placée à distance de la face principale externe 322 de la plaque 32. Dans ce cas, le faisceau d’émission 70 a une propagation libre, ou se propage en espace libre, entre la face principale externe 322 de la plaque 32 et la première surface 21 de la lentille convergente 20.
Lorsque la deuxième surface 22 de la lentille convergente est située à l’extérieur de l’habitacle (figures 17 et 18), cette surface est exposée aux éléments extérieurs et aux poussières. Dans ce cas, il est utile de prévoir un revêtement externe hydrophobe ou auto-nettoyant sur la deuxième surface 22 de la lentille convergente 20. Et un revêtement de type couche dure (« hardcoat » en anglais), par exemple carbone sous forme de diamant amorphe (ou « diamond like carbon » en anglais).
Sur laFIG. 23, on a représenté un système lidar comprenant deux lentilles convergentes en trait plein : une lentille convergente 20 sur le faisceau lidar 70 d’émission et une autre lentille convergente 120 sur le faisceau lidar réfléchi 76. La lentille 120 est analogue ou identique à la lentille convergente 20 telle que décrite dans la présente divulgation. La lentille 120 a une première surface 121 orientée vers le détecteur 72 et une deuxième surface 122, opposée à la première surface 121, orientée vers l’extérieur. Au moins une desdites première surface 121 et deuxième surface 122 est une surface non réglée et convexe. La lentille 120 présente aussi un grandissement angulaire vertical différent de son grandissement angulaire horizontal, et de préférence identiques respectivement à ceux de la lentille 20. La lentille 20 transmet un faisceau de référence 70 du lidar qui est le faisceau émetteur. L’autre lentille convergente 120 est agencée pour transmettre le faisceau réfléchi 76 au détecteur 72 du lidar 7. En option, les deux lentilles 20 et 120 sont intégrées au boitier du lidar 7.
Selon une variante représentée en tirets sur laFIG. 23, les deux lentilles 20 et 120 sont remplacées par une seule lentille 20 (en tirets) qui est disposée à la fois sur le trajet optique du faisceau de référence 70 et du faisceau réfléchi 76. Dans cet agencement particulier, on utilise une seule et unique lentille convergente 20, sur le trajet du faisceau de référence 70 et du faisceau réfléchi 76 à la place de la lentille 20 sur le trajet du faisceau de référence 70 et de la lentille 120 sur le trajet du faisceau réfléchi 76. La lentille convergente 20 est de préférence combinée à l’utilisation d’un composant optique séparateur de faisceau, par exemple un miroir, qui permet de recevoir le faisceau de référence 70 provenant de la source d’émission du lidar et de la rediriger vers la lentille convergente 20. Dans le sens retour, la lentille convergente 20 reçoit le faisceau réfléchi 76 provenant de l’extérieur et le dirige vers le composant optique séparateur de faisceau qui permet l’oriente vers le détecteur 72 du lidar. Cette configuration offre un avantage en termes de compacité.
Enfin, laFIG. 24montre un système de lidar 7 intégrant une lentille convergente selon la présente divulgation, et disposé à l’intérieur d’un vitrage 100 de véhicule.

Claims (20)

  1. Système de vitrage comprenant un vitrage (100, 110, 120, 130, 200, 210, 220, 300, 310, 320, 400, 500) de véhicule, le vitrage comprenant : une première feuille de verre (1) destinée à former le vitrage extérieur avec une première face principale externe (11) et une deuxième face principale (12) orientée vers l’habitacle, et, lorsque le vitrage est feuilleté, comprenant une deuxième feuille de verre (2) destinée à former le vitrage intérieur avec une troisième face principale (13) orientée vers la deuxième face principale (12) et une quatrième face principale (14) orientée vers l’habitacle, et un intercalaire de feuilletage (3) en matière polymère disposé entre la deuxième face principale (12) et la troisième face principale (13), le système de vitrage présentant une fenêtre (111) de transmission proche infrarouge à une longueur d’onde de travail LB1 dans un domaine proche infrarouge, et
    le système de vitrage comportant un dispositif optique destiné à fournir un champ de vue externe,
    caractérisé en ce que :
    le dispositif optique comporte une lentille convergente (20), la lentille convergente (20) présentant une première surface (21), dite surface arrière et une deuxième surface (22), opposée à la première surface, orientée vers l’extérieur, dite surface avant, au moins une desdites première surface et deuxième surface étant convexe, en particulier la deuxième surface présentant une face libre, la lentille convergente (20) présentant un premier grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un premier plan de référence traversant la lentille convergente et un deuxième grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un deuxième plan de référence traversant la lentille convergente perpendiculaire au premier plan de référence, le deuxième grandissement angulaire étant différent du premier grandissement angulaire.
  2. Système selon la revendication 1 dans lequel le deuxième grandissement angulaire en valeur absolue est supérieur au premier grandissement angulaire et de préférence le deuxième grandissement angulaire est supérieur strictement à 2.
  3. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel la surface convexe est non réglée et de préférence la surface convexe est la première surface et même la deuxième surface est convexe et non réglée.
  4. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel la première surface est convexe et de classe C2, et de préférence la deuxième surface de la lentille convergente (20) est convexe et de classe C2.
  5. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel la lentille convergente est en espace libre.
  6. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel la première surface (21) est convexe et la deuxième surface (22) est convexe ou en ce que la première surface (21) est convexe et la deuxième surface (22) est plane.
  7. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une desdites première surface (21) et deuxième surface (22) est une surface convexe définie par une équation polynômiale de degré N supérieur ou égal à trois, où N est un nombre entier, en particulier l’équation polynômiale décrivant la première surface ou la deuxième surface s’écrivant selon la formule mathématique suivante :

    où x, y et z représentent des coordonnées cartésiennes exprimées en millimètres dans un repère orthonormé (OiX, OiY, OiZ), l’axe OiZ étant parallèle à l’axe optique de la lentille convergente, le point Oide coordonnées (0, 0, 0) étant situé à l’intersection de la surface i considérée et de l’axe optique de la lentille convergente,petqétant des variables entières allant de 0 à N, et apqétant le coefficient d’ordrepen x et d’ordreqen y, chaque coefficient apqétant exprimé en mm p+q-1 .
  8. Système selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel la lentille convergente (20) est disposée et configurée pour modifier une direction médiane de pointé (40) d’un faisceau de référence à la longueur d’onde de travail LB1 en sortie du vitrage, et/ou au moins une desdites première surface (21) et deuxième surface (22) est une surface définie par une équation polynômiale de degré N supérieur ou égal à trois dans laquelle au moins un coefficient d’ordre impair est non nul.
  9. Système selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel au moins une desdites première surface (21) et deuxième surface (22) est une surface convexe définie par une équation polynômiale de degré N supérieur ou égal à quatre dans laquelle les coefficients d’ordre impair sont tous nuls, en particulier la lentille convergente (20) présente un axe optique (25), le premier plan de référence est un premier plan de symétrie de la lentille passant par l’axe optique (25) et la lentille convergente (20) présente un deuxième plan de symétrie passant par l’axe optique (25) et perpendiculaire au premier plan de symétrie.
  10. Système selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel la première surface (21) est une surface convexe définie par une équation polynômiale de degré N supérieur ou égal à quatre dans laquelle les coefficients d’ordre impair sont tous nuls, en particulier la lentille convergente (20) présente un axe optique (25), le premier plan de référence est un premier plan de symétrie de la lentille passant par l’axe optique (25) et la lentille convergente (20) présente un deuxième plan de symétrie passant par l’axe optique (25) et perpendiculaire au premier plan de symétrie et en ce que la deuxième surface (22) est une surface définie par une équation polynômiale de degré N supérieur ou égal à quatre dans laquelle les coefficients d’ordre impair sont tous nuls.
  11. Système selon la revendication 10 dans lequel la première surface (21) est une surface convexe définie par l’équation polynômiale de degré quatre suivante : z(x, y) = a20x2+ a40x4+ a02y2+ a04y4+ a22x²*y² où x, y et z représentent les coordonnées cartésiennes exprimées en millimètres dans un repère orthonormé (O1X, O1Y, O1Z), l’axe O1Z étant parallèle à l’axe optique (25) de la lentille convergente (20) et le point O1de coordonnées (0, 0, 0) étant situé à l’intersection de la première surface (21) et de l’axe optique (25) de la lentille convergente et dans lequel la deuxième surface (22) est une surface convexe définie par l’équation polynômiale de degré quatre suivante: z(x, y) = b20x2+ b40x4+ b02y2+ b04y4+ b22x²*y², où x, y et z représentent les coordonnées cartésiennes exprimées en millimètres dans un repère orthonormé (O2X, O2Y, O2Z), l’axe O2Z étant parallèle à l’axe optique (25) de la lentille convergente (20) et le point O2de coordonnées (0, 0, 0) étant situé à l’intersection de la deuxième surface (22) et de l’axe optique (25) de la lentille convergente, avec a20compris entre 0.03 mm-1et 0.3 mm-1, a40compris entre 1x10-7mm-3et 8x10-5mm-3, a02compris entre 0.03 mm-1et 0.3 mm-1, a04compris entre 2x10-9mm-3et 9x10-7mm-3, a22compris entre 7x10-7mm-3et 4x10-4mm-3, b20compris entre -9x10-3mm-1et -1x10-3mm-1, b40compris entre 3x10-7mm-3et 1.4x10-4mm-3, b02compris entre -2x10-2mm-1et -1x10-3mm-1, b04compris entre 4x10-7mm-3et 2x10-4mm-3et b22compris entre 1x10-7mm-3et 8x10-5mm-3.
  12. Système selon l’une des revendications 1 à 11 dans lequel un faisceau de référence (70) à la longueur d’onde de travail LB1 ayant une direction médiane de pointé (40) et s’étendant sur un champ de vue initial d’ouverture angulaire verticale initiale (VFOV1) déterminée dans un plan caractéristique comprenant une normale au vitrage et un axe vertical (Y) dans le véhicule et d’ouverture angulaire horizontale initiale (HFOV1) déterminée dans un plan perpendiculaire au plan caractéristique comprenant la direction médiane de pointé et un axe horizontal (X) transverse à la direction médiane de pointé, dans la fenêtre de transmission proche infrarouge, le faisceau de référence (70) en sortie du système de vitrage ayant un champ de vue externe d’ouverture angulaire verticale (VFOV2) dans le plan caractéristique et d’ouverture angulaire horizontale (HFOV2) dans le plan perpendiculaire, la lentille convergente (20) étant disposée et configurée pour que l’ouverture angulaire verticale externe (VFOV2) soit supérieure à l’ouverture angulaire verticale initiale (VFOV1) et pour que l’ouverture angulaire horizontale externe (HFOV2) soit supérieure à l’ouverture angulaire horizontale initiale (HFOV1) et de préférence l’ouverture angulaire horizontale initiale (HFOV1) est d’au plus 20°.
  13. Système selon la revendication précédente dans lequel le faisceau de référence (70) ayant une direction médiane de pointé (40) inclinée par rapport à un axe horizontal en amont de la lentille convergente, le système comporte en outre un déflecteur (75) apte à recevoir le faisceau de référence, le déflecteur étant arrangé pour dévier le faisceau de référence vers la première surface de la lentille convergente (20).
  14. Système selon l’une des revendications précédentes comportant un lidar comprenant une source de lumière (71) étant apte à émettre un faisceau d’émission (70) à la longueur d’onde de travail LB1 dans un domaine proche infrarouge, lidar à distance et en amont de la première surface (21) de préférence présentant une face libre.
  15. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel la lentille convergente, notamment externe à un lidar, est configurée pour :
    - transmettre un faisceau de référence qui est le faisceau émetteur du lidar et de préférence une autre lentille convergente, l’autre lentille convergente (120) présentant une première surface (121), dite surface arrière et une deuxième surface (122), opposée à la première surface, orientée vers l’extérieur, dite surface avant, au moins une desdites première surface et deuxième surface étant convexe, l’autre lentille convergente (120) présentant un premier grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un premier plan de référence traversant l’autre lentille convergente (120) et un deuxième grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un deuxième plan de référence traversant l’autre lentille convergente (120) perpendiculaire au premier plan de référence, le deuxième grandissement angulaire étant différent du premier grandissement angulaire, l’autre lentille convergente (120) étant agencée pour transmettre un faisceau réfléchi,
    - ou transmettre un faisceau de référence du lidar qui correspond à l’intersection du faisceau émetteur et du faisceau réfléchi.
  16. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel la lentille convergente (20) comporte, sur la première surface (21) et/ou sur la deuxième surface (22), un traitement de surface ou une couche fonctionnelle, de préférence formant élément antireflet à la longueur de travail ou formant une couche hydrophobe ou antisalissures ou formant une couche dure.
  17. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel la lentille convergente est externe à un lidar et de préférence la lentille convergente comporte une extension périphérique liée au vitrage ou destinée à être liée au lidar.
  18. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel la lentille convergente (20) est en vis-à-vis d’un trou partiel (30) du vitrage de préférence feuilleté ou d’un trou traversant (31) du vitrage de préférence feuilleté éventuellement trou traversant logeant un support, notamment la lentille convergente (20) étant tout ou partie disposée dans le trou partiel (30) ou dans le trou traversant (31) ou faisant face à un insert dans le trou partiel ou en ce que la lentille convergente (20) est en vis-à-vis de la quatrième face principale (14) du vitrage feuilleté.
  19. Système de lidar (7) comprenant un lidar comportant une source de lumière (71) destinée à être disposée dans un habitacle d’un véhicule, la source de lumière (71) étant apte à émettre un faisceau d’émission (70) à une longueur d’onde de travail LB1 dans un domaine proche infrarouge, le faisceau d’émission (70) ayant une direction médiane de pointé (40) et s’étendant sur un champ de vue initial d’ouverture angulaire verticale initiale (VFOV1) déterminée dans un plan caractéristique comprenant la direction médiane de pointé et un axe vertical (Y) et d’ouverture angulaire horizontale initiale (HFOV1) déterminée dans un plan perpendiculaire au plan caractéristique, le plan perpendiculaire comprenant la direction médiane de pointé et un axe horizontal (X) transverse à la direction médiane de pointé,
    caractérisé en ce que : le système de lidar (7) comporte au moins une lentille convergente (20), la lentille convergente (20) présentant une première surface (21) orientée vers la source de lumière et une deuxième surface (22), opposée à la première surface, au moins une desdites première surface (21) et deuxième surface (22) étant convexe et de préférence non réglée, la première surface (22) étant disposée à distance de la source de lumière (71) pour recevoir le faisceau d’émission émis, la lentille convergente (20) étant disposée et configurée pour présenter un premier grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un premier plan de référence traversant la lentille convergente et pour présenter un deuxième grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un deuxième plan de référence traversant la lentille convergente perpendiculaire au premier plan de référence, le premier grandissement angulaire étant différent du deuxième grandissement angulaire, la lentille convergente (20) étant disposée et configurée pour que le faisceau d’émission en sortie du système de lidar ait un champ de vue d’ouverture angulaire verticale (VFOV2) supérieure à l’ouverture angulaire verticale initiale (VFOV1) du champ de vue source et la lentille convergente (20) étant configurée pour que le faisceau d’émission en sortie du système de lidar ait un champ de vue d’ouverture angulaire horizontale (HFOV2) supérieure à l’ouverture angulaire horizontale initiale (HFOV1) du champ de vue source.
  20. Lentille pour système comportant un vitrage de véhicule et/ou un lidar, la lentille étant une lentille convergente (20), la lentille convergente (20) présentant une première surface (21), dite surface arrière et une deuxième surface (22), opposée à la première surface, destinée à être orientée vers l’extérieur, dite surface avant, au moins une desdites première surface et deuxième surface étant convexe et de préférence non réglée, la lentille convergente (20) présentant un premier grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un premier plan de référence traversant la lentille convergente et un deuxième grandissement angulaire supérieur à 1.0 en valeur absolue dans un deuxième plan de référence traversant la lentille convergente perpendiculaire au premier plan de référence, le deuxième grandissement angulaire étant différent du premier grandissement angulaire.
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