DESCRIPTION

TITRE : DISPOSITIF AVEC VITRAGE ET CAMERA THERMIQUE ASSOCIEE ET PROCEDES D’OPTIMISATION

L’invention se rapporte à un dispositif combinant un vitrage en particulier un pare-brise, dans un véhicule automobile, du train ou d’un avion, et ladite caméra thermique pour une telle visualisation d’informations un vitrage.

Les vitrages pour véhicules et la technologie associée évoluent constamment, notamment pour améliorer la sécurité.

En particulier le brevet GB2271139 propose un pare-brise comportant un vitrage feuilleté avec, dans une partie centrale et proche du bord longitudinale supérieur, une ouverture comblée par un insert en matériau hautement transparent aux infrarouges thermiques, plus précisément en sulfure de zinc (ZnS) de transmission d’au moins 50% de 5 à 15μm. Une caméra dédiée couplée à un écran visible par le conducteur est dans l’habitacle en face de l’insert. Le trou est circulaire et l’insert est un disque collé aux parois du trou.

En termes de fabrication, le trou est fabriqué avant passage en autoclave du verre de pare-brise.

Les performances de détection d’objet ou de personnes d’un tel dispositif peuvent être améliorées.

A cet effet, la présente invention se rapporte à un dispositif qui comprend :

- un vitrage (notamment feuilleté et/ou bombé) de véhicule, notamment automobile (voiture, camion, transport en commun : bus, car etc) ou ferroviaire (en particulier à vitesse maximale d’au plus 90km/h ou d’au plus 70km/h, en particulier les métros, tramway), en particulier pare-brise, lunette arrière, vitrage latéral, d’épaisseur E1 donnée (subcentimétrique notamment d’au plus 5mm pour un pare-brise automobile), vitrage ayant une face principale externe (dite F1) orientée vers l’extérieur et une face principale (la plus) interne côté habitacle (dite F4 si vitrage feuilleté ou dite F2), vitrage comportant, dans une zone périphérique de préférence en partie supérieure du vitrage (de préférence en bord longitudinal supérieur notamment dans une région centrale de la partie supérieure), un trou traversant entre la face interne et la face externe, trou délimité par une paroi latérale du vitrage, notamment trou débouchant formant une encoche périphérique ou trou fermé (entouré par la paroi), en particulier le trou de diamètre constant ou un diamètre plus large en face intérieure qu’en face extérieure), notamment de section droite convexe en particulier circulaire ou ovale ou ellipsoïdale ou encore rectangulaire, carrée ou hexagonale

- dans ledit trou traversant, un insert (plan ou bombé, avec une face extérieure F1, voire aussi avec une face intérieure dépassant, F2 ou respectivement F4 si vitrage feuilleté) en matériau transparent dans une plage A de longueurs d’onde dans le spectre infrarouge au-delà de 2,5μm, allant au moins de 9,5 à 10,5μm et de préférence de 8 à 12μm, l’insert étant d’épaisseur e donnée, notamment de 3 à 10mm, en matériau d’indice de réfraction n dans la plage A, notamment de 1 ,35 à 4,5 avec une face d’entrée orientée habitacle (affleurant ou en retrait de la face interne et une face de sortie (affleurant ou en retrait de la face externe), l’insert, étant de préférence de forme circulaire ou quasi-circulaire, la face d’entrée étant inscrite dans un rectangle ou carré de largeur Wi et hauteur Di avec rapport de forme Di/Wi d’au moins 0,8 ou 0,9 et d’au plus 1,1 ou 1 ,2 de préférence Di>Wi, avec Di d’au plus 35mm, notamment d’au moins 5mm ou 8mm, définissant un centre O qui est l’intersection des diagonales dudit rectangle,

- une caméra dite thermique, disposée côté face interne de façon à recevoir un rayonnement électromagnétique après traversée dudit insert, caméra thermique comprenant une pupille d’entrée notamment circulaire, avec une hauteur p, (diamètre généralement) et un système de détection infrarouge dans la plage A par exemple par microbolométrie, notamment sans refroidissement cryogénique et un objectif, la caméra étant définie par :

- un axe optique X’ passant par le centre C de la pupille, C faisant face à l’insert,

- un angle de vue vertical θ d’au moins 10° ou 20° et en particulier d'au plus 70° ou 60°.

La caméra est de volume donné défini par un point de contact T (un coin /supérieur plan frontal de l’objectif/avant ou en arrière de l’objectif) apte à toucher en premier le vitrage, ou une platine sur la face interne du vitrage, ou l’insert, ou une pièce dans l’environnement périphérique dudit vitrage, en position monté dans un véhicule.

On définit le repère orthogonal (O, X, Y, Z) dans lequel X est un axe parallèle à l’axe optique X, orienté vers la face externe, Z l’axe normal à l’axe optique, l’axe Y normal à X dans le plan contenant PO orienté vers le haut du vitrage, Z normal à PO.

T étant dans un plan PO passant par O et C ou on définit Tv dit point de contact virtuel étant le projeté de T dans ledit plan PO, w étant la distance suivant X et algébrique dans le plan PO de T ou Tv et h est la distance suivant Y dans le plan PO entre C et T ou Tv. La face d’entrée de l’insert présente une inclinaison définie par un angle α par rapport à X.

On définit une première droite Dt1 [Math 1]

On définit une deuxième droite Dt2 [Math 2]

Dt1 and Dt2 sont sécants en CO (xco, yco) avec [Math 3]

[Math 4] sina

On définit une troisième droite Dt3 [Math 5] Dt1 and Dt3 sont sécantes en

Dt2 and Dt3 sont sécantes en

[Math 6]

[Math 7]

[Math 8]

[Math 9] x _c étant une valeur négative, y _c une valeur positive, la caméra étant en contact par le point T ou espacée.

Dans un cas a), et est à l’intérieur d’un triangle de sommets au moins 50% de la pupille étant positionnée dans ledit triangle en incluant E.

Dans un cas b) lorsque

[Math 10] alors

On définit alors un point K d’intersection entre une droite donc

[Math 11]

[Math 12] e

[Math 13] voire même [Math 14]

On a défini le centre de la pupille d’entrée de la caméra c’est-à-dire le centre du diaphragme de la caméra tel que vu de l’extérieur. Pour optimiser au maximum la position de la caméra afin de maximiser le champ de vue, il faut respecter trois contraintes :

- une contrainte à respecter pour ne pas réduire le champ de vue vertical vers le bas (contrainte optique) - une contrainte à respecter pour ne pas réduire le champ de vue vertical vers le haut (contrainte optique)

- une contrainte pour que l’objectif ne tape pas dans le parebrise (contrainte mécanique). Le cas limite de chacune de ces contraintes défini les trois droites Dt1 , Dt2, Dt3 dans les cas où les trois contraintes peuvent être respectées ces trois droites définissent un triangle dans le plan vertical. On veut que le centre de la pupille de la caméra se situe dans ce triangle.

Sur l’horizontal, l’inclinaison du pare-brise a peu d’effet et donc que l’on n’affecte pas le champ de vue horizontal. Qui plus est, du fait que l’inclinaison du pare-brise soit sur la verticale et pas dans l’autre sens, la caméra se place au milieu car symétrie sur l’axe gauche - droite et donc aucune optimisation n’est requise. L’optimisation est donc uniquement sur le placement vertical. yco est issue des contraintes optiques et non mécanique sa valeur est donc indépendante de w et h

Avec f focale de la caméra par ailleurs on a, avec h _capteur la hauteur du capteur et θ l’angle de vue vertical de la caméra [Math 15]

On note que p est égal à f/N.

On préfère une détection infrarouge avec une sensibilité maximum dans la plage A et même une sensibilité faible au-delà de 15 ou 14μm et en deçà de 7 ou 6μm.

Comme exemple de caméra thermique on peut citer le produit Atom®1024 de la société Lynred USA.

Avantageusement :

- dans le cas a) au moins 70%, 80%, 90% ou même 100% de la pupille est positionnée dans ledit triangle C0FE en incluant E

- dans le cas a)

- θ est d’au moins 20° et en particulier d'au plus 50°

- Di est d’au plus 20mm

- w va en valeur absolue de 1mm à 10cm

- h va de 1mm à 2cm. En particulier : yc < 10mm et/ou lxcl< 5cm.

Pour le cas a) :

- pour CO :

- pour E :

- et pour F :

Pour le cas b) :

- yco va de 1 mm à 3mm.

Si on ne préfère ne pas « tilter » (pivoter) trop la caméra par rapport à l’horizontale donc on choisit un X’ (ou X) incliné d’au plus 30°, 20°, 10°, 5° avec l’horizontal et/ou d’au plus un angle égal à θ/2 ± 2° ou ± 1°.

La plage A va de 9,5μm à 10,5μm, de préférence de 8 à 12μm ou 13μm, de préférence avec une transmission lumineuse d’au moins 50% et mieux d’au moins 60%, 65% ou 70% dans cette plage A

Et de préférence il y a entre l’insert et la paroi latérale, des moyens de fixation de l’insert (et également de préférence d’étanchéité à l’eau liquide voire gazeuse), notamment sous forme d’un anneau en matière polymère organique (ou hybride organique inorganique) et/ou souple, par exemple polycarbonate.

Selon l’invention, en outre, le matériau de l’insert peut être le germanium ou un ZnS (classique).

Selon l’invention, en outre, le matériau de l’insert peut être transparent dans le visible à une longueur d’onde de référence comprise entre 500nm et 600nm et même de 540 ou 550nm à 600nm, mieux dans une plage B de 550 à 600nm, de préférence avec une transmission lumineuse d’au moins 25% et mieux d’au moins 30% ou mieux encore 40%, 60% dans la plage B.

Contrairement au ZnS classique qui est opaque dans le spectre visible, le matériau de l’insert selon l’invention peut être transparent dans le visible ce qui permet :

- d’identifier les défauts dans le cristal de façon simple, limitant ainsi le taux de rebut

- de bien pré-viser le système optique (avec une caméra dite thermique sensible dans la longueur d’onde de référence)

La transmission lumineuse est mesurée pour la longueur d’onde de référence ou mieux pour la plage B avec un spectrophotomètre tel que le Perkin Elmer Lambda-35. La transmission lumineuse peut être mesurée selon la norme ISO 9050 :2003 en utilisant l’illuminant D65, et être la transmission totale (notamment intégrée dans le domaine du visible et pondérée par la courbe de sensibilité de l’œil humain), tenant compte à la fois de la transmission directe et de l’éventuelle transmission diffuse, la mesure étant faite par exemple à l'aide d'un spectrophotomètre muni d’une sphère intégrante, la mesure à une épaisseur donnée étant ensuite convertie le cas échéant à l’épaisseur de référence de 4mm selon la norme ISO 9050 :2003.

La transmission optique infrarouge est mesurée pour la plage A par un spectromètre Fourier tel que le BrukerVertex-70.

De manière avantageuse, le matériau de l’insert présente :

- une transmission optique infrarouge d’au moins 50% et mieux d’au moins 60%, 65% ou 70% dans la plage A, notamment une variation de transmission optique infrarouge d’au plus 5% ou 3% ou 2% (spectre plat) dans la plage A

- et une transmission lumineuse d’au moins 25% et mieux d’au moins 30% ou encore 40%, 60% dans la plage B notamment une variation de transmission lumineuse d’au plus 5% ou 2% (spectre plat) dans la plage B.

L’insert est par exemple incolore ou teinté (en restant transparent) notamment jaune, orange.

Le matériau de l’insert peut être poli (face extérieure et intérieure).

Avantageusement, le matériau de l’insert selon l’invention est choisi parmi un matériau (de préférence polycristallin), en particulier obtenu par dépôt chimique en phase vapeur) suivant :

- un composé du zinc comprenant du sélénium et/ou du soufre ou

- un composé comprenant un fluorure de baryum

- voire même un composé comportant du bromure de thallium-iodure tel que celui de type KRS-5 (Thallium Bromide-lodide).

Et en particulier le matériau de l’insert est choisi parmi:

- un composé comprenant un sulfure de zinc multispectral, en particulier obtenu après pressage isostatique à chaud (traitement par une presse isostatique sous la température de préférence d’au moins 800°C), notamment incluant du sélénium, tel que ZnS _x Se ₁ - _x avec x de préférence d’au moins 0,97 mieux d’au moins 0,99 et encore mieux d’au moins 0,998

- un composé comprenant un séléniure de zinc, en particulier le ZnSe,

. un composé comprenant un fluorure de baryum, en particulier le BaF ₂ . Le sulfure de zinc avec un grade multispectral (MS) est un matériau récent. Il peut être polycristallin et obtenu en mettant en œuvre (notamment après formation par dépôt chimique en phase vapeur CVD à partir de vapeur de zinc et du gaz H ₂ S) un pressage isostatique à chaud (HIP en anglais).

La transmission du sulfure de zinc multispectral peut être large spectre avec un spectre plat. La transmission est en particulier supérieure à 60% de 0,5μm à 10μm.

L’indice de réfraction du ZnS multispectral est par exemple entre 2, 1 et 2,3 dans la plage A et dans le visible entre 2,3 et 2,6.

Le sulfure de zinc multispectral et de préférence polycristallin est avantageux en vue sa combinaison de propriétés optiques, mécaniques et résistance chimique.

Le sulfure de zinc multispectral polycristallin le plus connu est le Cleartran™.

On peut citer le produit ZnS multispectral vendu par la société ll-VI ou Crystaltechno Ltd. On peut citer comme vendeurs de séléniure de zinc polycristallin, les sociétés Hellma, ll-VI ou Crystaltechno Ltd.

Avantageusement pour améliorer la résistance mécanique, l’insert comprenant une face extérieure et une face intérieure, il comporte une couche de protection mécanique et/ou chimique sur la face extérieure et éventuellement sur la face intérieure.

La couche de protection mécanique et/ou chimique (de préférence un revêtement - monocouche ou multicouche -) peut être choisie parmi au moins l’une des couches suivantes:

- une couche comprenant un sulfure de zinc (notamment ZnS) en particulier sur un insert de ZnS _x Se _1-x , notamment ZnSe, pour une protection mécanique,

- une couche diamant, de préférence amorphe pour ses propriétés d’adhésion au cristal de l’insert, notamment d’épaisseur d’au moins 10nm ou 20nm et de préférence de 50nm à 300nm et même d’au plus 100nm,

- une couche DLC (pour « diamond like carbon » en anglais), c’est à dire une couche à base de carbone de type diamant, de préférence amorphe, notamment d’épaisseur d’au moins 10nm ou 20nm et de préférence de 50nm à 300nm et même d’au plus 100nm.

L’ajout d’une couche suffisamment mince de ZnS sur ZnSe ne dégrade pas la transmission et garantit une résistance à l’érosion similaire au ZnS massif. Un exemple de produit est le TUFTRAN™ de la société Rohm & Haas. Par exemple le matériau tel que le ZnS _x Se _1-x (dont ZnS) peut être revêtu par une couche de ZnS pour le protéger contre des acides et autres solvants spécifiques comme le méthanol etc.

Alternativement au ZnS, on peut donc déposer par exemple par dépôt en phase chimique (notamment PECVD) ou dépôt en phase vapeur (PVD) une couche diamant (ou une couche DLC) sans dégrader la transmission et en garantissant une résistance à l’érosion encore plus grande. Un exemple de fabrication est décrit dans la publication de Osipkov et autres IOP conf. Ser. Material Science and Engineering 74 (2015) 012013. L’insert peut être donc revêtu d’une surcouche fonctionnelle (anti rayures, antibuée etc) d’indice de réfraction différent n est l’indice du matériau d’épaisseur dominante.

L’insert peut être plan avec faces intérieur et extérieur parallèles d’au plus 2.

La face intérieure de l’insert peut affleurer de la face interne du vitrage ou être en retrait d’au plus 5mm.

Sir la face intérieure du vitrage (F2 ou F4 si vitrage feuilleté) peut être collée une platine notamment d’épaisseur 1 à 3mm, et même 1 ,5 à 2,5mm. Elle est par exemple en plastique éventuellement renforcé (fibres etc) par exemple polycarbonate (PC), polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polyamide (PA66), acrylonitrile butadiène styrène (ABS), et leurs alliages ABS-PC, polystyrène (PS), acrylonitrile styrène acrylate ASA, à base de polymère de formaldéhyde (polyoxymethylene POM), de terphényle polybromé (PBT), de préférence chargé en fibres de verre pour encore plus de résistance, notamment le PA66 GF30 (30% de fibres de verre)

Cette platine peut servir pour fixer la caméra thermique et/ou un boîtier. Elle peut être trouée au droit dudit trou traversant

Elle peut aussi porter d’éléments éléments fonctionnels par exemple une caméra dans le visible et/ un Lidar ou tout autre capteur (pluie, de luminosité etc). Elle comporte autant de trous que nécessaire pour le ou le capteur (trou pour caméra visible, pour LIDAR etc)

Le vitrage selon l’invention peut être un vitrage feuilleté, notamment un pare-brise de véhicule (routier, automobile en particulier), en particulier bombé, comprenant une première feuille de verre avec ladite face principale interne appelée F1 et une face principale opposée (appelée F2) et une deuxième feuille de verre avec ladite face principale externe appelée F4 coté intérieur de l’habitacle (et la face principale opposée F3), les première et deuxième feuilles de verre étant liées par un intercalaire de feuilletage, notamment acoustique et/ou teinté, en une matière polymère notamment organique (notamment thermoplastique).

En particulier le vitrage feuilleté comporte :

- un première feuille de verre, éventuellement claire, extraclaire ou teintée notamment grise ou verte, de préférence bombée, formant vitrage extérieur, avec des première et deuxième faces principales respectivement dites face F1 et face F2, si véhicule automobile d’épaisseur de préférence d’au plus 2,5mm, même d’au plus 2mm - notamment 1 ,9mm, 1 ,8mm, 1 ,6mm et 1 ,4mm- ou même d’au plus 1 ,3mm ou d’au plus 1mm

- un intercalaire de feuilletage, éventuellement clair, extraclair ou teinté notamment gris ou vert, en matière polymérique de préférence thermoplastique et mieux encore en polyvinylbutyral (PVB), de préférence si véhicule automobile 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), notamment en retrait du chant du premier vitrage d’au plus 2mm et en retrait du chant d’un deuxième vitrage d’au plus 2mm, l’intercalaire de feuilletage ayant éventuellement une section transversale diminuant en forme en coin du haut vers le bas du vitrage feuilleté (en particulier un parebrise),

- un deuxième vitrage, en verre minéral, de préférence bombé et de préférence clair ou extraclair voire teinté, formant vitrage intérieur, avec des troisième et quatrième faces principales, si véhicule automobile d’épaisseur de préférence inférieure à celle du premier vitrage, même d’au plus 2mm - notamment 1 ,9mm, 1 ,8mm, 1,6mm et 1 ,4mm- ou même d’au plus 1,3mm ou d’au plus 1mm, l’épaisseur des premier et deuxième vitrages étant de préférence strictement inférieure à 4mm, même à 3,7mm.

Le verre intérieur et/ou extérieur peut être neutre (sans coloration), ou (légèrement) teinté notamment gris ou vert, tel le verre TSA de la société Saint-Gobain Glass. Le verre intérieur et/ou extérieur peut avoir subi un traitement chimique ou thermique du type durcissement, recuit ou une trempe (pour une meilleure résistance mécanique notamment) ou être semi trempé.

Sans sortir du cadre de l’invention, l’intercalaire peut bien entendu comprendre plusieurs feuillets en matière thermoplastique de natures différentes, par exemple de duretés différentes pour assurer une fonction acoustique, comme par exemple décrit dans la publication US 6,132,882, notamment une ensemble de feuillets de PVB de duretés différentes. De même l’une des feuilles de verres peut être amincie par rapport aux épaisseurs classiquement utilisées. L’intercalaire peut selon l’invention présenter une forme en coin, notamment en vue d’une application HUD (Head Up Display pour visualisation tête haute). Egalement l’un des feuillets de l’intercalaire peut être teinté dans la masse.

Comme intercalaire de feuilletage usuel, outre le PVB, on peut citer le polyuréthane PU utilisé souple, un thermoplastique sans plastifiant tel que le copolymère éthylène/acétate de vinyle (EVA), une résine ionomère. Ces plastiques ont par exemple une épaisseur entre 0,2 mm et 1 , 1 mm, notamment 0,3 et 0,7mm.

L’intercalaire de feuilletage peut comprendre un autre film plastique fonctionnel (transparent, clair ou teinté) par exemple un film en poly(éthylène téréphtalate) PET porteur d’une couche athermique, électroconductrice etc par exemple on a PVB/ film fonctionnel/PVB entre les faces F2 et F3.

Le film plastique transparent peut être d'une épaisseur comprise entre 10 et 100 μm. Le film plastique transparent peut être plus largement en polyamide, polyester, polyolefine (PE : polyéthylène, PP : polypropylène), polystyrène, polyvinyle chloride (PVC), poly téréphtalate d’éthylène (PET), polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polycarbonate (PC). On préfère un film clair notamment le PET.

Comme on peut utiliser par exemple un film clair de PET revêtu, par exemple XI R de la société Eastman, un film coextrudé en PET-PMMA, par exemple du type SRF 3M®, mais aussi de nombreux autres films (par exemple en PC, PE, PEN, PMMA, PVC), qui sont visuellement aussi transparents que possible et ne se modifient pas dans l'autoclave en ce qui concerne leur surface et leur consistance.

Afin de limiter réchauffement dans l’habitacle ou de limiter l’usage d’air conditionné, l’une des feuilles de verre au moins (de préférence le verre extérieur) est teintée, et le vitrage feuilleté peut comporter également une couche réfléchissant ou absorbant le rayonnement solaire, de préférence en face F4 ou en face F2 ou F3, en particulier une couche d’oxyde transparent électro-conducteur dite couche TCO (en face F4) ou même un empilement de couches minces comprenant au moins une couche TCO, ou d’empilements de couches minces comprenant au moins une couche d’argent (en F2 ou F3), la ou chaque couche d’argent étant disposée entre des couches diélectriques.

On peut cumuler couche (à l’argent) en face F2 et/ou F3 et couche TCO en face F4.

La couche TCO (d’un oxyde transparent électro-conducteur) est de préférence une couche d’oxyde d’étain dopé au fluor (Sn02:F) ou une couche d’oxyde mixte d’étain et d’indium (ITO). Naturellement l’application la plus recherchée est que le vitrage soit un pare-brise d’un véhicule routier (automobile) ou même ferroviaire (à vitesse modérée).

Le vitrage selon l’invention peut comporter au moins une première feuille de verre comportant sur une face principale une couche opaque (de masquage) notamment un émail (noir etc) en bordure du trou traversant (de façon à masquer la ou les caméras par exemple).

Le vitrage feuilleté selon l’invention peut comporter une première feuille de verre comportant sur une face principale (par exemple la face F2) une couche opaque (de masquage ) notamment un émail (noir etc) en bordure du trou traversant (de façon à masquer la ou les caméras par exemple) et/ou une deuxième feuille de verre comportant sur une face principale (par exemple la face F3 ou F4) une couche opaque (de masquage ) notamment un émail (noir etc) en bordure du trou traversant (de façon à masquer la ou les caméras par exemple).

On peut aussi prévoir une couche de masquage sur au moins l’une des faces principales de l’intercalaire de feuilletage notamment PVB.

L’invention concerne en outre un véhicule, notamment autonome ou semi-autonome, intégrant ledit dispositif tel que défini précédemment.

L’invention concerne aussi un procédé d’optimisation pour former le dispositif tel que défini précédemment dans lequel pour une caméra avec Q, p donnés (voire même une inclinaison α de X’ par rapport à l’horizontal imposée ou ajustable), on détermine une hauteur d’insert D _min la plus petite possible (avec n et/ou e éventuellement imposés ou ajustables), de préférence d’au plus 20mm ou 15mm (si possible), satisfaisant le cas a) et on choisit la hauteur d’insert Di ≥ D _min de sorte que (yF-yco) ³ 0,5p/2 (50% de la pupille dans le triangle), et de préférence (100% de la pupille dans le triangle).

Pour arriver au cas D _min on peut jouer sur h, w voire α ’et même sur n et e.

L’invention concerne également un procédé d’optimisation pour former le dispositif tel que défini précédemment dans lequel pour une hauteur d’insert Di donnée (avec n et/ou e éventuellement imposés ou ajustables), pour une caméra avec p donné (voire même une inclinaison α ’ de X’ à l’horizontal imposée ou ajustable), on détermine un 0min le plus faible possible et de préférence d’au plus 40°, 35° (si possible) satisfaisant le cas a) et on choisit 0³0min de sorte que et de préférence

Pour arriver au cas 0 _min on peut jouer sur h, w voire α ee’et même sur n et e.

L’invention concerne enfin un procédé d’optimisation pour former le dispositif tel que défini précédemment dans lequel pour une hauteur d’insert Di donnée (avec n et/ou e éventuellement imposés ou ajustables) et pour une caméra avec 0 et(/ou) p donnés (voire même une inclinaison α ’ de X’ à l’horizontal imposée ou ajustable) on détermine un h _min le plus faible possible satisfaisant le cas a) et on choisit h ³ h≥h _min de sorte que et de préférence

Pour arriver au cas h _min on peut jouer sur w voire α’ (et θ si pas imposé) et même sur n et e.

Certains modes de réalisations avantageux mais non limitatif de la présente invention sont décrits ci-après, qui peuvent bien entendu combinés entres eux le cas échéant.

La figure 1 représente schématiquement un véhicule avec un dispositif 100 comportant un parebrise avec un insert et une caméra thermique dans l’habitacle, c’est une vue partielle de coupe dans un plan PO passant par le centre C de la pupille de la caméra et un centre O de l’insert.

La figure 2 représente schématiquement l’insert et la caméra thermique de la figure 1 avec les paramètres (coordonnées etc) influant pour le positionnement optimisé de la caméra, c’est une vue partielle de coupe dans un plan PO passant par le centre C de la pupille de la caméra et un centre O de l’insert.

La figure 3 représente schématiquement l’insert et la caméra thermique de la figure 1 avec des paramètres exemplifiés (exemple 1) influant pour le positionnement optimisé de la caméra, c’est une vue partielle de coupe dans un plan PO passant par le centre C de la pupille de la caméra et un centre O de l’insert. Les figures 3’ et 3” représentent des schémas de l’éclairement du capteur infra rouge de la caméra thermique, en niveau de gris pour l’exemple 1 et un contre-exemple 1’.

La figure 4 représente schématiquement l’insert et la caméra thermique de la figure 1 avec des paramètres exemplifiés (exemple 2) influant pour le positionnement optimisé de la caméra, c’est une vue partielle de coupe dans un plan PO passant par le centre C de la pupille de la caméra et un centre O de l’insert.

La figure 4’ représente un schéma de l’éclairement du capteur infra rouge de la caméra thermique, en niveau de gris pour l’exemple 2.

La figure 5 représente schématiquement l’insert et la caméra thermique de la figure 1 avec des paramètres exemplifiés (exemple 3) influant pour le positionnement optimisé de la caméra, c’est une vue partielle de coupe dans un plan PO passant par le centre C de la pupille de la caméra et un centre O de l’insert.

La figure 5’ représente un schéma de l’éclairement du capteur infra rouge de la caméra thermique, en niveau de gris pour l’exemple 3.

Les figures 6a et 6b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de Q pour le cas a) et le cas b).

Les figures 7a et 7b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de Di pour le cas a) et le cas b).

Les figures 8a et 8b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de a pour le cas a) et le cas b).

Les figures 9a et 9b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de h pour le cas a) et le cas b).

Les figures 10a et 10b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de n pour le cas a).

La figure 1 schématise un pare-brise 100 selon l’invention, en coupe avec une caméra thermique 9 placée derrière le pare-brise face à une zone qui se situe de préférence dans la partie centrale et supérieure du pare-brise. Dans cette zone, la caméra peut être orientée avec un certain angle vis-à-vis de l’horizontale. Dans cet exemple la caméra est horizontale. En particulier, l’objectif et le capteur infrarouge sont orientés directement vers la zone de saisie d’images, selon une direction parallèle au sol.

Le pare-brise est un vitrage feuilleté classique comprenant :

- une feuille de verre externe 1 de préférence teintée, par exemple en verre TSA et de 2,1mm d’épaisseur, avec face extérieure F1 et face intérieure F2

- et une feuille de verre interne 1’,(ou en variante une feuille de plastique) par exemple en verre TSA (ou clair ou extraclair) et de 2,1mm d’épaisseur ou même de 1,6mm ou même moins, avec face extérieure F3 et face intérieure F4 côté habitacle

- les deux feuilles de verre étant liées l’une à l’autre par un intercalaire en matière thermoplastique 3, le plus souvent en polyvinylbutyral (PVB) de préférence clair, d’épaisseur submillimétrique éventuellement présentant une section transversale diminuant en forme en coin du haut vers le bas du vitrage feuilleté, par exemple un PVB (RC41 de Solutia ou d’Eastman) d’épaisseur 0,76mm environ ou en variante si nécessaire un PVB acoustique (tricouche ou quadricouche) par exemple d’épaisseur 0,81mm environ, par exemple intercalaire en trois feuillets PVB.

De façon classique et bien connue, le pare-brise est obtenu par feuilletage à chaud des éléments 1, 1' et 3.

Le pare-brise 100 comporte sur la face extérieure 11 par exemple (ou de préférence en F2 12 et/ou en face F3 13 ou F4 14) de préférence un revêtement opaque par exemple noir 6, tel qu’une couche d’émail ou de laque noire, sur toute la surface du vitrage disposée en regard du dispositif incorporant la caméra thermique (sur tout le pourtour du trou donc), y compris son boîtier 8 (plastique, métal etc), de manière à cacher celui- ci. Le boîtier 8 peut être fixée à une platine 7 collée à la face F4 par une colle 80 et au toit 9.

La couche opaque 6 peut s’étendre au-delà de la zone avec l’insert. Eventuellement l’extension (latérale) de la couche opaque formant une bande en bordure supérieure du trou traversant pour que le pare-brise ait une bande opaque (noire) le long du bord longitudinal supérieur voire même un cadre opaque (noir) sur toute la périphérie.

Selon l’invention, dans la zone périphérique en vis-à-vis de la caméra, le pare-brise comporte un trou traversant 4 entre la face interne 11 et la face externe 14, trou délimité par une paroi latérale 10 du vitrage feuilleté (verre 1/PVB 3/verre 1'), ledit trou traversant comportant : - un insert 2 en matériau transparent dans une plage A de longueurs d’onde dans les infrarouges qui va au moins de 9,5 à 10,5μm et de préférence de 8 à 12μm, l’insert étant d’épaisseur e donnée,

- entre l’insert et la paroi latérale, des moyens de fixation de l’insert notamment sous forme d’un anneau 5 en matière souple, polymère, les moyens de fixations étant notamment collés à la paroi latérale.

Le matériau de l’insert 2 est également transparent dans le visible à une longueur d’onde de référence comprise entre 500nm et 600nm

Il peut être transparent dans le visible au moins dans une plage B allant de 550 à 600nm. Le matériau de l’insert 2 présente une transmission infrarouge d’au moins 50% et mieux d’au moins 65% dans ladite plage A et une transmission lumineuse d’au moins 30% et mieux d’au moins 40% à la longueur d’onde de référence et mieux dans la plage B. Le matériau de l’insert 2 de préférence polycristallin est choisi parmi :

- un composé du zinc comprenant du sélénium et/ou du soufre ou

- un composé comprenant un fluorure de baryum.

En particulier on choisit :

- un composé comprenant un sulfure de zinc multispectral, en particulier obtenu après pressage isostatique à chaud, notamment incluant du sélénium, tel que ZnS _x Se _1.x avec x de préférence d’au moins 0,97, en particulier le ZnS multispectral

- ou un composé comprenant un séléniure de zinc, en particulier le ZnSe, notamment incluant du soufre, tel que ZnS _x Se _1.x avec y d’au moins 0,97

. un composé comprenant un fluorure de baryum notamment incluant du calcium et /ou du strontium, notamment avec i et j de préférence d’au plus 0,25 ou encore avec i de préférence d’au plus 0,25, en particulier le BaF ₂ .

L’insert 2 comporte une face extérieure 21 et une face intérieure 22 et il comporte ici de préférence une couche de protection mécanique et/ou chimique 2’ sur la face extérieure et éventuellement sur la face intérieure. C’est un revêtement choisi parmi une couche comprenant un sulfure de zinc, une couche diamant ou une couche DLC.

A titre préféré on peut choisir un ZnS multispectral nu ou recouvert d’une couche de protection de sulfure de zinc ou un ZnSe recouvert d’une couche de protection de sulfure de zinc.

Le trou traversant 4 peut être alternativement une encoche donc un trou traversant débouchant de préférence côté toit. Le trou traversant (et l’insert) peut être dans une autre région du pare-brise ou même dans un autre vitrage du véhicule.

Le vitrage du véhicule peut être monolithique.

L’insert est d’épaisseur e donnée, notamment de 3 à 10mm, en matériau d’indice de réfraction n dans la plage A, notamment de 1 ,35 à 4,5.

L’insert est de préférence de forme circulaire ou quasi-circulaire, la face d’entrée étant inscrit dans un rectangle ou carré de largeur Wi et hauteur Di avec rapport de forme Di/Wi d’au moins 0,8 et d’au plus 1 ,1 , avec Di>Wi, définissant un centre O qui est l’intersection des diagonales dudit rectangle.

La caméra dite thermique 9 comprend une pupille d’entrée 91 circulaire, avec une hauteur p, (diamètre généralement) et un système de détection infrarouge dans la plage A et un objectif, la caméra étant définie par :

-un axe optique X’ passant par le centre C de la pupille, C faisant face à l’insert,

-un angle de vue vertical θ d’au moins 10°, 20° et en particulier d'au plus 70°, 60°.

La caméra est de volume donné défini par un point de contact T (un coin /supérieur plan frontal de l’objectif/avant ou en arrière de l’objectif) apte à toucher en premier ici une platine 7 en plastique sur la face interne du vitrage par exemple de 1,5mm trouée au droit du trou traversant 4. Cette platine peut servir pour fixer la caméra 9.

On définit le repère orthogonal (O, X, Y, Z) dans lequel X est un axe parallèle à l’axe optique X, orienté vers la face externe, Z l’axe normal à l’axe optique, l’axe Y normal à X dans le plan contenant PO orienté vers le haut du vitrage, Z normal à PO.

T est dans un plan PO passant par O et C (ou on définit Tv dit point de contact virtuel étant le projeté de T dans ledit plan PO), w est la distance suivant X algébrique dans le plan PO de T ou Tv et h est la distance suivant Y dans le plan PO entre C et T ou Tv ; la face d’entrée 21 de l’insert présentant une inclinaison définie par un angle a par rapport à X et d’au moins 20°, 30°, 35°, 40° et jusqu’ à 60° voire 90° ou 80° par rapport à l’horizontale, en particulier X étant d’au plus 20° par rapport à l’horizontale.

La figure 2 représente schématiquement l’insert et la caméra thermique de la figure 1 avec les paramètres (coordonnées etc) influant pour le positionnement optimisé de la caméra 9, c’est une vue partielle de coupe dans un plan PO passant par le centre C de la pupille de la caméra et un centre O de l’insert 2.

En relation avec la figure 2 on définit trois conditions limites Condition sur le rayon supérieur (via Dt2)

La cas limite correspond à la droite de pente

[Math 16] et qui passe par le point S de coordonnées :

[Math 17]

Et

[Math 18]

Donc, droite Dt2 d’équation :

[Math 19]

Il s’agit du cas limite, la condition est respectée si on est sous cette droite Dt2 donc : [Math 20]

Condition sur le rayon inférieur (Dt1 ) Soit la Droite de pente [Math 21] et qui passe par le point I, dont il faut trouver les coordonnées grâce aux lois de Descartes. Soit i ₁ l’angle d’incidence du rayon sur la face interne de l’insert on a (car somme des angles d’un triangle égale à pi) :

[Math 22] soit i ₂ l’angle du rayon dans l’insert d’indice optique n, on a [Math 23]

Soit maintenant les coordonnées du point B :

[Math 24] et

[Math 25] et la distance entre le point B et le point I qui vaut : [Math 26] avec e l’épaisseur de l’insert.

On a

[Math 27] ce qui permet de calculer les coordonnées du point I : [Math 28]

Et

[Math 29] soit en fonction des paramètres du système :

[Math 30]

[Math 31]

Ce qui permet de donner l’équation de la droite Dt1 : [Math 32]

De la même façon que précédemment il s’agit du cas limite, on doit être au-dessus de cette droite Dt1 donc :

[Math 33]

Le cas le plus favorable (pointe arrière du triangle, noté C ₀ ) a pour coordonnées (point sécant entre la droite dt1 et la droite dt2) :

[Math 34]

[Math 35]

Même dans le cas asymptotique où e est très petit (limite e tend vers 0) on a : [Math 36]

Or comme

[Math 37]

[Math 38] on a bien dans tous les cas

[Math 39] ce qui justifie de décalage vers le haut du centre optique de la caméra.

Condition mécanique

Soit h la hauteur entre le centre C de la pupille et le « coin qui touche » noté T et w la distance horizontale entre le centre de cette pupille et le « coin qui touche »

On a comme équation de la droite Dt3 :

[Math 40] C’est l’équation du cas limite, la condition est réalisée si : [Math 41]

Comme il s’agit de trouver la position de recul de la caméra (en x) qui satisfasse les autres critères, il est plus parlant d’exprimer la condition sur x en fonction de y :

[Math 42]

[Math 43]

En particulier dans le cas où l’on s’est mis à _y = y _co [Math 44] w peut être positif comme négatif (mais en général assez petit en valeur absolue) et que x est toujours négatif compte tenu de l’orientation des axes.

Le point de référence pour la position de la caméra est la position du point C centre de la pupille d’entrée de la caméra mais pour que tout le champ de la caméra soit utilisé sans ombrage sur les bords, l’ensemble de la pupille de hauteur p doit être à l’intérieur du triangle formé par les trois droites Dt1 , Dt2 et Dt3.

Coordonnées du point F [Math 45]

[Math 46]

Coordonnées du point E [Math 47]

[Math 48]

Exemples

La figure 3 représente schématiquement l’insert et la caméra thermique de la figure 1 avec des paramètres exemplifiés (exemple 1) influant pour le positionnement optimisé de la caméra 9, c’est une vue partielle de coupe dans un plan PO passant par le centre C de la pupille de la caméra et un centre O de l’insert 2.

Les figures 3’ et 3” représentent des schémas de l’éclairement du capteur infra rouge de la caméra thermique, en niveau de gris pour l’exemple 1 et un contre-exemple T.

Les paramètres sont recensés en table 1. [Table 1]

C est placé dans le triangle EFCO avec y _c = y _co = 2,2mm et x _c est égal à -16,5 mm. C1 le point le plus bas de la pupille est sur la droite Dt1 avec y _c1 = 1,07mm C2 le point le plus haut de la pupille est sur la droite Dt1 avec y _c2 = 3,34 mm Les coordonnées de E sont -11 ,09 ; -0,45 Les coordonnées de F sont -17,27 ; 3,56 L’abscisse de CO est x _co = -23,6mm

Comme w est positif alors T est sur le plan frontal de la caméra

Le schéma de l’éclairement du capteur (par l’extérieur) est uniforme (le blanc est le max d’illumination depuis l’extérieur homogène).

Dans un contre-exemple 1’ avec y _c = 0 et on montre bien que l’on perd tout le bas de l’image (cf. partie noire dans partie inférieure de la figure 3”).

En terme de champ de vue vertical inférieur effectif vers le bas on passe 8° de 12° donc on a un gain de 4° en plaçant la caméra telle que y _co = 2,2mm et non en la centrant sur l’axe X.

Cela correspond à un gain de vision en hauteur environ de 2m pour un objet/un être vivant à 30m du parebrise.

La figure 4 représente schématiquement l’insert et la caméra thermique de la figure 1 avec des paramètres exemplifiés (exemple 2) influant pour le positionnement optimisé de la caméra, c’est une vue partielle de coupe dans un plan PO passant par le centre C de la pupille de la caméra et un centre O de l’insert.

La figure 4’ représente un schéma de l’éclairement du capteur infra rouge de la caméra thermique, en niveau de gris pour l’exemple 2.

Par rapport à l’exemple 1 seule la donnée d’entrée p est modifiée et vaut 5,67mm la pupille est trop grande taille pour rentrer entièrement dans le triangle COFE, on centre au mieux pour faire rentrer une fraction maximale de la pupille. Il y a de l’ombrage en haut et en bas de l’image sur le capteur (cf. parties noires sur la figure 4’).

La figure 5 représente schématiquement l’insert et la caméra thermique de la figure 1 avec des paramètres exemplifiés (exemple 3) influant pour le positionnement optimisé de la caméra, c’est une vue partielle de coupe dans un plan PO passant par le centre C de la pupille de la caméra et un centre O de l’insert 2.

La figure 5’ représente un schéma de l’éclairement du capteur infra rouge de la caméra thermique, en niveau de gris pour l’exemple 3.

Les paramètres sont recensés en table 2 [Table 2]

La caméra est trop encombrante et a un Q grand. Cela correspond au cas b) pour lequel le point de T est assez reculé et le triangle selon a) (C au-dessus de Dt1 et sous Dt2) n’existe plus.

On choisit de placer C td y _c =y _co et au plus proche de la courbe Dt1.

La figure 5’ représente un schéma de l’éclairement du capteur infra rouge de la caméra thermique, en niveau de gris pour l’exemple 3.

Bien qu’il y ait des zones sombres en haut et en bas de l’image ceux si ont été minimisés par le placement proposé. Cela correspond également à un compromis égal entre ombrage en haut et en bas.

Les figures 6a et 6b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de Q pour le cas a) et le cas b).

Les figures 7a et 7b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de Di pour le cas a) et le cas b). Les figures 8a et 8b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de a pour le cas a) et le cas b). Les figures 9a et 9b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de h pour le cas a) et le cas b).

Les figures 10a et 10b représentent respectivement la variation de l’ordonnée y et de l’abscisse négative x des points CO, E, F en fonction de n pour le cas a).

Les paramètres sont recensés en table 3 [Table 3]

Sur chacun des graphes des figures 6a à 10b le point d’intersection R (pour y) et R’ (pour x) des courbes donne le moment où le triangle cesse d’exister (basculant vers le cas b) :

- quand Q trop grand, on est dans le cas b)

- quand Di trop petit, on est dans le cas b)

- quand a trop petit on est dans le cas b)

-ou quand h trop grand on a dans le cas b).

En particulier pour le cas a) sur l’ensembles de graphes:

- pour

- pour -et pour pour le cas b) :

-y _Co va de 1mm à 3mm.