FR2642836A1 - Displacement sensor - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un capteur de déplacement comprenant - une source de lumière, - au moins un photodétecteur, - des moyens de recopie du déplacement à mesurer, montés
mobiles relativement audit photodétecteur et pourvus
de moyens de codage, selon la position desdits moyens
de recopie, de ladite lumière en direction dudit photo
détecteur, et, - des moyens de décodage du signal détecté par ledit
photodétecteur.The subject of the present invention is a displacement sensor comprising - a light source, - at least one photodetector, - means for copying the displacement to be measured, mounted
mobile relative to said photodetector and provided
coding means, depending on the position of said means
of recopy, of said light towards said photo
detector, and, - means for decoding the signal detected by said detector
photodetector.
Un tel capteur permet la mesure de déplacements angulaires et linéaires, en évitant la mise en oeuvre de contacts électriques qui frottent sur les moyens de recopie. Des capteurs de ce type trouvent notamment leurs applications à bord d'un véhicule automobile, par exemple pour la mesure de l'angle du volant de direction, ou encore la mesure du niveau de carburant par mesure du déplacement du flotteur de la jauge à essence.Such a sensor enables angular and linear displacements to be measured, avoiding the use of electrical contacts which rub on the copying means. Sensors of this type find particular applications on board a motor vehicle, for example for measuring the angle of the steering wheel, or even measuring the fuel level by measuring the displacement of the float of the fuel gauge. .
On connait déjà des capteurs du type défini ci-dessus, pour lesquels les moyens de recopie sont par exemple un disque mobile en rotation autour de son axe, dont la périphérie est pourvue de secteurs alternativement réfléchissants ou non-réfléchissants, ou encore de secteurs alternativement transparents ou opaques. La source de lumière et le photodétecteur sont disposés de façon telle que les secteurs réfléchissants, ou transparents, laissent passer la lumière de la source vers le photodétecteur tandis que les secteurs non-réfléchissants, ou opaques, lemp8chent de passer.Sensors of the type defined above are already known, for which the copying means are for example a movable disc rotating around its axis, the periphery of which is provided with alternately reflecting or non-reflecting sectors, or alternatively with sectors transparent or opaque. The light source and the photodetector are arranged in such a way that the reflective or transparent sectors allow light to pass from the source to the photodetector while the non-reflective or opaque sectors prevent it from passing.
Ces capteurs, qu'ils fonctionnent par reflexion ou par transmission de la lumière, nécessitent un positionnement précis de la source de lumière relativement au photodétecteur, et la focalisation de la lumière émise par la source sur un point, ou sur une zone de faible superficie, de la surface du disque. De plus, la fabrication du disque doit se faire en deux étapes, la première, de moulage ou d'usinage, pour lui donner a forme, et la deuxième, dtimpres- sion ou de gravure, pour réaliser les secteurs de codage.These sensors, whether they function by reflection or by light transmission, require precise positioning of the light source relative to the photodetector, and the focusing of the light emitted by the source on a point, or on a small area. , from the surface of the disc. In addition, the disc must be manufactured in two stages, the first, of molding or machining, to give it shape, and the second, of printing or engraving, to carry out the coding sectors.
Des remarques précédentes, il découle d'une part certaines contraintes sur la forme et l'encombrement du capteur, et d'autre part des incidences sur les coûts de fabrication du capteur.From the preceding remarks, it follows, on the one hand, certain constraints on the shape and size of the sensor, and on the other hand, effects on the manufacturing costs of the sensor.
Ces contraintes sur la forme et ces incidences sur les coûts sont des inconvénients quel que soit le domaine d'application des capteurs, mais dans le domaine de ltawto- mobile, ils sont particulièrement gênants. En effet, à bord d'un véhicule automobile, la place est limitée. De plus, l'automobile étant un produit destiné au grand public, toute réduction des coûts de fabrication est importante.These constraints on the form and these cost implications are drawbacks whatever the field of application of the sensors, but in the field of mobile, they are particularly troublesome. Indeed, on board a motor vehicle, space is limited. In addition, the automobile being a product intended for the general public, any reduction in manufacturing costs is important.
La présente invention vise donc à pallier ces inconvénients en procurant tout d'abord un capteur dans lequel les contraintes sur 1 t emplacement de la source de lumière sont beaucoup plus légères que dans les capteurs connus, et dans lequel il n'est pas nécessaire de prévoir de dispositif de focalisation pour cette source de lumière.The present invention therefore aims to overcome these drawbacks by first providing a sensor in which the stresses on 1 t location of the light source are much lighter than in known sensors, and in which it is not necessary to provide a focusing device for this light source.
La présente invention procure aussi un capteur pour la réalisation duquel l'étape d'impression ou de gravure de 1organe mobile de recopie du déplacement à mesurer peut être supprimée.The present invention also provides a sensor for the production of which the step of printing or etching the movable member for copying the displacement to be measured can be omitted.
A cet effet, elle a pour objet un capteur de déplacement comprenant - une source de lumière, - au moins un photodétecteur, - des moyens de recopie du déplacement à mesurer, mon
tés mobiles relativement audit photodétecteur et por-
vus de moyens de codage, selon la position desdits
moyens de recopie, de ladite lumière en direction dudit
photodétecteur, et, - des moyens de décodage du signal détecté par ledit
photodétecteur, capteur caractérisé par le fait que - lesdits moyens de recopie comprennent au moins une
plaque de matériau transparent chargé par une substance
fluorescente, dont une face est éclairée par ladite
source, la lumière ainsi induite dans ladite plaque su
bissant une suite de réflexions totales, sur les deux
faces de ladite plaque, qui la guident entre ces deux
faces, et, - lesdits moyens de codage comprennent des zones d'inter-
ruption des réflexions totales de la lumière ainsi gui
dée, pour la faire sortir localement en direction dudit
photodétecteur.To this end, it relates to a displacement sensor comprising - a light source, - at least one photodetector, - means for copying the displacement to be measured, my
mobile tees relative to said photodetector and
seen from coding means, according to the position of said
means for copying said light towards said
photodetector, and, - means for decoding the signal detected by said photodetector
photodetector, sensor characterized in that - said copying means comprise at least one
plate of transparent material loaded with a substance
fluorescent, one side of which is illuminated by said
source, the light thus induced in said plate su
yawning a series of total reflections, on the two
faces of said plate, which guide it between these two
faces, and, - said coding means comprise zones of inter-
ruptured total light reflections thus mistletoe
dée, to make it exit locally in the direction of said
photodetector.
Dans le capteur de l'invention, la position de la source lumineuse par rapport au photodétecteur est quelconque, car il est suffisant que ira source lumineuse éclaire, en totalité ou en partie, une face de la plaque de recopie pour que la lumière qu'elle y induit s'y trouve guidée jusqu'à sa sortie vers le photodétecteur. Il n'est pas nécessaire de focaliser la source lumineuse sur la plaque, et il est sans importance qutune zone de la plaque soit soumise à un rayonnement lumineux d'intensité plus élevée que le reste de la plaque, dans la mesure où il se produit ensuite dans cette plaque un mélange des rayonnements qui rend homogène celui qui sort vers le photodétecteur.In the sensor of the invention, the position of the light source relative to the photodetector is arbitrary, since it is sufficient for the light source to illuminate, in whole or in part, one face of the feedback plate for the light that it induces there is guided until its exit towards the photodetector. It is not necessary to focus the light source on the plate, and it does not matter that an area of the plate is subjected to a light radiation of higher intensity than the rest of the plate, insofar as it occurs then in this plate a mixture of radiations which makes homogeneous that which leaves towards the photodetector.
Les contraintes pour le concepteur du capteur sont donc beaucoup plus légères qu'avec les capteurs de l'art antérieur. Ainsi peuvent être conçus des capteurs de formes mieux adaptées aux volumes parfois réduits, ou de forme complexes, dans lesquels ils doivent se loger.The constraints for the designer of the sensor are therefore much lighter than with the sensors of the prior art. Thus can be designed shape sensors better suited to volumes sometimes reduced, or complex shape, in which they must be housed.
Dans une forme de réalisation, lesdites zones dtinterrup- tion comprennent des zones d'interface entre ledit matériau transparent et le milieu extérieur, suffisamment inclinées par rapport auxdites faces pour que ladite lumière guidée les traverse.In one embodiment, said zones of interruption comprise zones of interface between said transparent material and the external medium, sufficiently inclined with respect to said faces for said guided light to pass through them.
Dans ce cas, les zones d'interruption sont réalisées par moulage ou par usinage.In this case, the interruption zones are produced by molding or by machining.
Dans cette première forme de réalisation, et avantageusement, lesdites zones d'interface sont réalisées en masquant localement, à l'aide de zones imprimées, la surface du chant de la plaque, ou d'un sillon creusé dans la plaque.In this first embodiment, and advantageously, said interface zones are produced by locally masking, by means of printed zones, the surface of the edge of the plate, or of a groove dug in the plate.
Les opérations de moulage ou d'usinage sont alors simplifiées.The molding or machining operations are then simplified.
Toujours dans la première forme de réalisation, et avantageusement, lesdites zones d'interface sont contiges, et la distance entre une zone d'interface et ledit photodétecteur, lorsqu'ils sont en regard l'un de l'autre, varie d'une zone d'interface à l'autre.Still in the first embodiment, and advantageously, said interface zones are contiguous, and the distance between an interface zone and said photodetector, when facing each other, varies by one interface area to another.
Aucune opération d'impression ou de gravure n'est dans ce cas nécessaire pour realiser la plaque mobile.In this case, no printing or engraving operation is necessary to produce the movable plate.
Dans une deuxième forme de réalisation, lesdites zones d'interruption comprennent des zones imprimées de couleur claire et opaque sur une des faces de ladite plaque, ce qui entratne la sortie de ladite lumière guidée par les zones de l'autre face disposées en regard desdites zones imprimées.In a second embodiment, said interruption zones comprise printed zones of light and opaque color on one of the faces of said plate, which causes the exit of said light guided by the zones of the other face arranged opposite said printed areas.
Dans le cas, l'encombrement du capteur peut être encore réduit.In this case, the size of the sensor can be further reduced.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de plusieurs formes de réalisation et de leurs variantes du capteur de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une vue de dessus d'une première forme de réalisation du capteur de l'invention, - la figure 2 représente une vue de côté du capteur de la fig. l, - la figure 3 représente une première variante du capteur de la fig. 2, - la figure 4 représente une deuxième variante du capteur de la fig. 2, - la figure 5 représente une troisième variante du capteur de la fig. 1, - la figure 6 représente une deuxième forme de réalisation du capteur de la figure 2, et, - la figure 7 représente une quatrième variante du capteur de la figure 2.The present invention will be better understood on reading the following description of several embodiments and their variants of the sensor of the invention, made with reference to the accompanying drawings, in which - Figure 1 shows a top view of a first embodiment of the sensor of the invention, - Figure 2 shows a side view of the sensor of fig. l, - Figure 3 shows a first variant of the sensor of FIG. 2, - Figure 4 shows a second variant of the sensor of FIG. 2, - Figure 5 shows a third variant of the sensor of fig. 1, - Figure 6 shows a second embodiment of the sensor of Figure 2, and, - Figure 7 shows a fourth variant of the sensor of Figure 2.
En se référant aux figures 1 et 2, un capteur de déplacement comprend un disque 1, monté mobile autour de son axe 10, et qui recopie, de façon non représentée car connue, le déplacement à mesurer. Referring to Figures 1 and 2, a displacement sensor comprises a disc 1, mounted movably around its axis 10, and which copies, in a manner not shown as known, the displacement to be measured.
Le déplacement angulaire du disque 1 est mesure à l'aide d'un système de codage optique mettant en oeuvre une source de lumière 2, un photodétecteur 3, et un circuit électronique 4 d'alimentation de la source 2 et de déco- dage du signal détecté par le photodétecteur 3.The angular displacement of the disc 1 is measured using an optical coding system using a light source 2, a photodetector 3, and an electronic circuit 4 for supplying the source 2 and decoding the signal detected by the photodetector 3.
La source de lumière est ici une diode électroluminescente 3 émettant dans le vert, et elle est disposée pour éclam- rer une des faces du disque 1, en l'occurrence la face supérieure 11 sur la figure 2. Sur cette figure, on a représenté en pointillé un réflecteur 21, ici en forme de parabololde de révolution, au foyer duquel se trouve la diode électroluminescente 2. L'utilisation d'un tel détecteur n'est pas obligatoire, mais elle permet de réfléchir la totalité de la lumière émise par la diode 2 vers le disque I pour améliorer le rendement lumineux global.The light source here is a light emitting diode 3 emitting in the green, and it is arranged to light one of the faces of the disc 1, in this case the upper face 11 in FIG. 2. In this figure, there is shown in dotted line a reflector 21, here in the form of a paraboloid of revolution, at the focal point of which is the light-emitting diode 2. The use of such a detector is not compulsory, but it makes it possible to reflect all of the light emitted by diode 2 to disk I to improve the overall light output.
Le disque 1 est réalisé dans une plaque de matériau transparent chargé par une substance fluorescente. Ici, le matériau dont il stagit est un polymère transparent optiquement pur de la famille PMMA coloré par un colorant fluorescent et commercialisé par exemple par la société BAYER AG sous la marque déposée "Lisa", et émettant dans l'or 'orange à 594 nm, ou par la Société BASF sous la marque déposée "zxgen" et émet tant dans ltorange, à 539 nm.The disc 1 is produced in a plate of transparent material loaded with a fluorescent substance. Here, the material from which it proceeds is an optically pure transparent polymer of the PMMA family colored by a fluorescent dye and marketed for example by the company Bayer AG under the registered trademark "Lisa", and emitting in orange gold at 594 nm. , or by the company BASF under the registered trademark "zxgen" and emits both in ltorange, at 539 nm.
La surface du chant 12 du disque 1 est masquée localement à l'aide de zones imprimées 14, pour laisser libres une suite de zones 15 d'interface entre le matériau transparent dans lequel est réalisé le disque 1 et le milieu extérieur, ici de l'air. Le chant 12 est ici perpendiculaire aux deux faces 11 et 13 du disque 1. Ici, les zones d'interface 15 et les zones imprimées 14 sont de dimensions égales, régulièrement réparties sur toute la surface du chant 12, et d'une taille liée à la précision souhaitée de la mesure du déplacement angulaire. The surface of the edge 12 of the disc 1 is locally masked using printed areas 14, to leave free a series of areas 15 of interface between the transparent material in which the disc 1 is made and the external environment, here of the 'air. The edge 12 is here perpendicular to the two faces 11 and 13 of the disc 1. Here, the interface areas 15 and the printed areas 14 are of equal dimensions, regularly distributed over the entire surface of the edge 12, and of a linked size to the desired accuracy of the angular displacement measurement.
Le photodétecteur 3 est ici sensible dans tout le spectre visible. I1 s'agit, par exemple, du photodétecteur commercialisé par la société Siemens sous la référence BPM 21 sensible de 350 à 775 nm. I1 est fixe, disposé en regard du chant 12, et pourvu d'une optique de focalisation, non représentée au classique, sur un point de la surface du chant 12, ou sur une zone de celle-ci de taille nettement inférieure à celle des zones d'interface 15 et de zones imprimées 14.The photodetector 3 is here sensitive throughout the visible spectrum. It is, for example, the photodetector sold by the company Siemens under the reference BPM 21 sensitive from 350 to 775 nm. I1 is fixed, placed opposite the edge 12, and provided with a focusing optic, not shown in the conventional manner, on a point on the surface of the edge 12, or on an area thereof much smaller than that of the interface zones 15 and printed zones 14.
L'encre qui sert à imprimer les zones 14 est ici de couleur claire, pour des raisons qui seront mieux comprises dans la suite.The ink which is used to print the zones 14 is here light in color, for reasons which will be better understood below.
Le circuit électronique 4 comprend ici d'une part un circuit d'alimentation de la diode électroluminescente 2, et d'autre part un circuit de décodage du signal détecté par le photodétecteur 3. Le circuit d'alimentation comprend principalement un oscillateur délivrant un signal alternatif de fréquence fo et un circuit de puissance, commandé par ltoscillateur précédent, pour alimenter la diode électroluminescente 2 à la fréquence fo. Le circuit de décodage comprend un filtre passe-bande centré sur la fréquence fo, suivi d'un circuit de détection et de mise en forme du signal filtré, lui-même suivi ici d'un simple compteur d'impulsions.The electronic circuit 4 here comprises on the one hand a power supply circuit for the light-emitting diode 2, and on the other hand a circuit for decoding the signal detected by the photodetector 3. The power supply circuit mainly comprises an oscillator delivering a signal alternating frequency fo and a power circuit, controlled by the preceding oscillator, to supply the light-emitting diode 2 at the frequency fo. The decoding circuit includes a bandpass filter centered on the frequency fo, followed by a circuit for detecting and shaping the filtered signal, itself followed here by a simple pulse counter.
Le capteur de déplacement qui vient d'être décrit fonctionne comme cela va maintenant autre expliqué.The displacement sensor which has just been described operates as will now be explained further.
La lumière émise par la diode électroluminescente 2 pénètre, par la face 11, dans le disque 1, où elle est en partie absorbée par le colorant fluorescent, qui la restitue sous forme dtune lumière de fluorescence de grande longueur d'onde. Compte tenu des lois qui régissent les phénomènes optiques, à l'interface entre un milieu d'indice donné, comme le matériau du disque I, et un milieu d'indice inférieur à cet indice donna, tel que l'air ambiant, la plus grande partie de la lumière de fluorescence induite par la diode électroluminescente 2 dans le disque 1 reste guidée entre les deux faces Il et 13 du disque I.En effet, l'angle d'incidence, relatif aux faces Il et 13, de la plus grande partie des rayons de lumière fluorescente induite au sein du disque 1 est tel que chacun de ces rayons y subit une suite de réfle- xions totales qui le guident et maintiennent ainsi l'énergie lumineuse correspondante prisonnière du disque 1.The light emitted by the light-emitting diode 2 penetrates, via the face 11, into the disc 1, where it is partly absorbed by the fluorescent dye, which restores it in the form of fluorescence light of long wavelength. Taking into account the laws which govern the optical phenomena, at the interface between a medium of given index, like the material of the disc I, and a medium of index lower than this given index, such as the ambient air, the most large part of the fluorescence light induced by the light-emitting diode 2 in the disc 1 remains guided between the two faces Il and 13 of the disc I. Indeed, the angle of incidence, relative to the faces Il and 13, of the most a large part of the rays of fluorescent light induced within the disc 1 is such that each of these rays there undergoes a series of total reflections which guide it and thus maintain the corresponding light energy trapped in the disc 1.
La figure 2 montre, à titre d'exemple, quelques-uns des rayons 16 émis par une particule fluorescente 17 excitée par la lumière de la source 2. Les réflexions totales sur les faces 11 et 13 se produisent aux points 18.FIG. 2 shows, by way of example, some of the rays 16 emitted by a fluorescent particle 17 excited by the light from the source 2. The total reflections on the faces 11 and 13 occur at points 18.
L'énergie lumineuse de la lumière ainsi guidée entre les faces 11 et 13 du disque 1 sort de celui-ci par le chant 12, car les angles d'incidence des rayons relativement à la surface du chant sont tels qu'il ne s'y produit pratiquement pas de réflexions totales, ce qui permet à la lumière de sortir par le chant 12. Ainsi, la partie la plus importante de la lumière induite par la diode électroluminescente 2 est susceptible de sortir par le chant 12.The light energy of the light thus guided between the faces 11 and 13 of the disc 1 leaves it by the edge 12, because the angles of incidence of the rays relative to the surface of the edge are such that it does not there produces practically no total reflections, which allows the light to come out through the edge 12. Thus, the most important part of the light induced by the light-emitting diode 2 is likely to come out through the edge 12.
Il y a collecte de l'énergie lumineuse de la diode 2 par la face 1l du disque 1, la plus grande partie de cette énergie lumineuse ressortant sous forme concentrée par le chant 12 du disque 1.The light energy from diode 2 is collected by the face 11 of the disc 1, most of this light energy emerging in concentrated form by the edge 12 of the disc 1.
Ce phénomène est par ailleurs connu sous le nom de "luminosité des bords", à propos de plaques réalisées dans le même matériau que le disque 1 et utilisées par exemple dans le domaine de la visualisation et de ltaffichage décoratif. This phenomenon is also known under the name of "edge brightness", in connection with plates made of the same material as the disc 1 and used for example in the field of visualization and decorative display.
Ici, du fait des zones imprimées li, lténergie lumineuse ne peut sortir que par les zones d'interface15, qui apparaissent donc comme des zones d'interruption des réfle suions totales de la lumière guidée pour la faire sortir localement en direction du photodétecteur 3. Here, because of the printed areas li, the light energy can only exit through the interface areas 15, which therefore appear as areas of interruption of the total reflections of the guided light in order to make it exit locally in the direction of the photodetector 3.
En conséquence, le chant 12 apparat comme une suite de zones lumineuses et de zones non lumineuses, les zones lumineuses étant les zones d'interface 15, et les zones non lumineuses les zones imprimées 14. Ici, et comme cela a été signalé, l'encre des zones imprimées 14 est de couleur claire, ce qui permet de renvoyer dans le disque 1 l'énergie lumineuse incidente sur les zones imprimées 14. L'emploi d'une encre de couleur foncée serait possible, mais se traduirait par un rendement lumineux global inférieur, du fait de l'absorption de lténergie lumineuse dans l'encre de couleur foncée.Consequently, the edge 12 appears as a series of luminous zones and non-luminous zones, the luminous zones being the interface zones 15, and the non-luminous zones the printed zones 14. Here, and as has been pointed out, the ink of the printed areas 14 is light in color, which makes it possible to return to the disc 1 the light energy incident on the printed areas 14. The use of a dark colored ink would be possible, but would result in a yield lower overall light, due to absorption of light energy in dark color ink.
Ainsi, lorsque le disque 1 est déplacé pour pivoter autour de son axe 10 d'un certain angle, un certain nombre de zones lumineuses 15 défilent devant le photodétecteur 3, donnant naissance à autant d'impulsions sur le signal de sortie du photodétecteur. Ces impulsions sont comptées dans le circuit 4, qui délivre leur nombre N sur un bus de sortie, ce nombre étant une mesure du déplacement inconnu recopié par le disque 1. L'utilisation du signal à la fréquence fo, qui module, à cette fréquence fo, l'intensité lumineuse émise par la diode électroluminescente 2 permet, par filtrage, de rendre insensible le circuit 4 aux signaux lumineux parasites non modulés à la fréquence fo.Thus, when the disc 1 is moved to pivot about its axis 10 by a certain angle, a certain number of light zones 15 pass in front of the photodetector 3, giving rise to as many pulses on the output signal of the photodetector. These pulses are counted in circuit 4, which delivers their number N on an output bus, this number being a measure of the unknown displacement copied by the disc 1. The use of the signal at the frequency fo, which modulates, at this frequency fo, the light intensity emitted by the light-emitting diode 2 makes it possible, by filtering, to make the circuit 4 insensitive to parasitic light signals not modulated at the frequency fo.
Il est important de noter ici qu'une intensité lumineuse constante, d'une zone 15 à l'autre, est obtenue quelle que soit la position de la diode électroluminescente 2, pourvu que celle-ci éclaire la face 11, et qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un dispositif de focalisation de la lumière qu'elle émet.It is important to note here that a constant light intensity, from one zone 15 to another, is obtained whatever the position of the light-emitting diode 2, provided that this lights the face 11, and that it it is not necessary to provide a device for focusing the light which it emits.
Naturellement, dans un souci de simplification, on vient de décrire un codeur de déplacement qui permet la détermination de l'amplitude du déplacement angulaire du disque 1, mais ne détecte ni le passage par une position de référence, ni le sens de rotation du disque 1.Naturally, for the sake of simplification, we have just described a displacement encoder which allows the determination of the amplitude of the angular displacement of the disc 1, but detects neither the passage through a reference position, nor the direction of rotation of the disc. 1.
I1 est évidemment à la portée de l'homme de métier de modifier le capteur de l'invention, en s'inspirant de capteurs connus, pour en améliorer les performances en ce qui concerne la détection d'une position de référence, la détection du sens de rotation, ou encore pour en faire un capteur à lecture absolue, comme cela est décrit maintenant à titre d'exemple en référence à la figure 3. It is obviously within the reach of a person skilled in the art to modify the sensor of the invention, drawing inspiration from known sensors, in order to improve its performance with regard to the detection of a reference position, the detection of the direction of rotation, or to make it an absolute reading sensor, as described now by way of example with reference to FIG. 3.
Sur cette figure, il apparalt que le chant 12 est divisé en autant de bandes 12a, 123a, 12a, ... que nécessaire.In this figure, it appears that the edge 12 is divided into as many bands 12a, 123a, 12a, ... as necessary.
La bande 12a comporte des zones lumineuses 15a et des zones imprimées 14a interceptant des secteurs de même valeur angulaire que celles de la tranche 12 du capteur des figures 1 et 2 par exemple. La bande 12a comporte des zones lumineuses 15ta et des zones imprimées 14'a interceptant des secteurs de valeur double de celle des secteurs de la bande 12a. La bande 12a comporte des zones lumineuses 15 "a et des zones imprimées 14"a interceptant des secteurs de valeur double de celle des secteurs de la bande 12a, et ainsi de suite.Les bandes 12a, 12'a, 12'ra, ... sont disposées pour qu'ante colonne de photodétecteurs focalisés 3, 32, 3", ... détecte, pour chaque position élémentaire du disque 1, un code binaire correspondant à cette position. Dans le circuit 4, il y a autant de filtres à la fréquence fo et de circuits de détection et de mise en forme qu'il y a de photodétecteurs 3, 3', 3", ... et le circuit de comptage du capteur des figures 1 et 2 est remplacé par un décodeur. I1 est à noter que, dans cette forme de réalisation du capteur de l'invention, la multiplication des photodétecteurs n'entrain pas celle de la source lumineuse, qui reste unique et agencée comme sur les figures 1 et 2.The strip 12a comprises light zones 15a and printed zones 14a intercepting sectors of the same angular value as those of the edge 12 of the sensor of FIGS. 1 and 2 for example. The strip 12a comprises light zones 15ta and printed zones 14'a intercepting sectors of double value than that of the sectors of the strip 12a. The strip 12a comprises light zones 15 "a and printed zones 14" a intercepting sectors of double the value of that of the sectors of the strip 12a, and so on. The strips 12a, 12'a, 12'ra,. .. are arranged so that a column of focused photodetectors 3, 32, 3 ", ... detects, for each elementary position of the disc 1, a binary code corresponding to this position. In circuit 4, there are as many filters at the frequency fo and of detection and shaping circuits that there are photodetectors 3, 3 ', 3 ", ... and the counting circuit of the sensor of FIGS. 1 and 2 is replaced by a decoder . It should be noted that, in this embodiment of the sensor of the invention, the multiplication of the photodetectors does not lead to that of the light source, which remains unique and arranged as in FIGS. 1 and 2.
I1 n'est pas obligatoire que le chant 12 soit perpendiculaire aux faces 11 et 13, et il suffit en fait que les zones à'interface telles que les zones 15 soient suffisamment inclinées par rapport à ces faces 11 et 13 pour que la lumière guidée les traverse sans réflexion totale. It is not obligatory that the edge 12 is perpendicular to the faces 11 and 13, and it is in fact sufficient for the interface zones such as the zones 15 to be sufficiently inclined with respect to these faces 11 and 13 for the guided light crosses them without total reflection.
En pratique, des inclinaisons de 30, 45 ou 600 donnent des résultats satisfaisants. I1 n'est pas obligatoire d'utiliser le chant 12 pour faire sortir la lumière guidée, et nn sillon circulaire 19b à section en V, par exemple, peut être utilisé comme cela est représenté sur la figure 4. Dans ce cas, des zones de masquage 14b sont imprimées localement à l'intérieur du sillon 19b pour lais ser libre des zones dtinterface 15b. I1 serait possible d'interrompre localement le sillon 19b pour délimiter les zones lumineuses. Dans ce cas, le sillon 19b appararait comme une suite d'évidements pratiqués dans la face 11 du disque 1.In practice, inclinations of 30, 45 or 600 give satisfactory results. It is not compulsory to use the edge 12 to bring out the guided light, and a circular groove 19b with a V section, for example, can be used as shown in FIG. 4. In this case, zones masking masks 14b are printed locally inside the groove 19b to leave the interface areas 15b free. I1 would be possible to locally interrupt the groove 19b to delimit the light areas. In this case, the groove 19b appears as a series of recesses made in the face 11 of the disc 1.
Un tel agencement permet notamment un gain de place, dans la mesure où il permet de disposer le ou les photodétecteurs tel que 3 perpendiculairement à la face dans laquelle est pratiquée le sillon 19b, par exemple la face supérieure 11 sur la figure 4. Le chant 12 du disque 1 peut alors, s'il n'est pas utilisé, être recouvert dtune couche opaque pour réfléchir dans le disque la partie de l'énergie lumineuse qui lui parvient.Such an arrangement notably saves space, insofar as it makes it possible to arrange the photodetector (s) such as 3 perpendicular to the face in which the groove 19b is practiced, for example the upper face 11 in FIG. 4. The edge 12 of the disc 1 can then, if not used, be covered with an opaque layer to reflect in the disc the part of the light energy which reaches it.
Dans cet ordre d'idée, il est également possible en conservant le photodétecteur 3 perpend culaire à la face 11, et donc insensible à la lumière qui sort par le chant 12 perpenaculaire à la face 11, ae réaliser les zones lumineuses par un chanfreinage local à 45 , par exemple
En référence à la figure 5, il est également possible, au lieu d'utiliser le masquage de la surface du chant 12 ou du sillon 19b par des zones imprimées, de réaliser le codage en jouant sur la distance entre le photodétectaur 3 et chacune des zones d'interfaces, lorsqu'ils sont en regard l'un de 1tautre. In this order of idea, it is also possible by keeping the photodetector 3 perpendicular to the face 11, and therefore insensitive to the light which leaves by the edge 12 perpenacular to the face 11, to make the light zones by a local chamfering at 45, for example
With reference to FIG. 5, it is also possible, instead of using the masking of the surface of the edge 12 or of the groove 19b by printed areas, to perform the coding by varying the distance between the photodetectaur 3 and each of the interface zones, when they are facing one another.
Sur la figure 5, qui concerne un capteur de fonctionnement identique à celui des figures 1 et 2, il apparaît que le chant du disque 1 est crénelé et présente donc alternativement des zones d'interface telles que les zones 15c qui se trouvent à une distance d relativement faible du photodétecteur 3, et des zones d'interface telles que les zones 15tC qui se trouvent à une distance D supérieure à la distance d. Pour le photodétecteur 3, les zones 15c et 15c apparaissent contigues, cependant celui-ci ne reçoit pas la même intensité lumineuse en provenance de chacune d'entre elles du fait de la différence des distances d et
D, et du fait qu'il est focalisé, par exemple, sur les surfaces 15c à la distance d.
In FIG. 5, which relates to an operating sensor identical to that of FIGS. 1 and 2, it appears that the edge of the disc 1 is crenellated and therefore has alternately interface zones such as zones 15c which are at a distance d relatively small of the photodetector 3, and interface zones such as the zones 15tC which are at a distance D greater than the distance d. For the photodetector 3, the zones 15c and 15c appear contiguous, however the latter does not receive the same light intensity from each of them due to the difference in the distances d and
D, and the fact that it is focused, for example, on surfaces 15c at distance d.
Dans cette forme de réalisation, les dents du disque 1 sont obtenues par moulage, ou encore par usinage, et il n'est pas nécessaire de réaliser d'impression, ou de dépôt de zones de masquage comme les zones 14 du capteur des figures 1 et 2, par exemple.In this embodiment, the teeth of the disc 1 are obtained by molding, or even by machining, and it is not necessary to carry out printing, or depositing masking zones like the zones 14 of the sensor of FIGS. 1 and 2, for example.
Naturellement, un capteur à lecteur absolue, du type de celui de la figure 3, peut être réalisé en mettant en oeuvre la technique exposée en référence au capteur de la figure 5. Naturally, an absolute reader sensor, of the type of that of FIG. 3, can be produced by implementing the technique described with reference to the sensor of FIG. 5.
En référence à la figure 6, une forme de réalisation dans laquelle les zones ou les réflexions totales ne sont pas disposées sur le chant ou dans un sillon du disque 1 est maintenant décrite,
Dans cette forme de réalisation, des zones 15d, de couleur claire et opaque, sont imprimées sur une des faces, en ltoccurrence la face inférieure 13, du disque 1. Dans ces zones, l'interface entre le milieu transparent du disque 1 n'est plus une interface avec l'airs mais une interface avec la couleur dtimpression, d'indice supérieur à celui du matériau. I1 en résulte que les conditions pour lesquelles les réflexions totales ont lieu ne sont plus réalisées.Dans ces zones d'interruption des réflexions totales, il se produit ene diffusion par la couleur d'impression et la lumière guidée sort en grande partie par les zones de la face supérieure 11 disposées en regard des zones imprimées 15d. La forme des zones 15d est adaptée au type de capteur réalisé. Le photodétecteur 3 est donc disposé perpendiculairement à la face 11, comme pour le capteur de la figure 6. Outre le gain de place, déjà signalé, qui résulte d'une telle disposition, une réalisation de ce type peut être combinée avec une réalisation du type de celle représentée sur les figures 1 et 2 pour donner un capteur à deux photodétecteurs permettant, par exemple, la détermination du sens de rotation, sans que l'on ait à prendre de précautions particulières pour le positionnement relatif des photodétecteurs, comme cela est le cas pour l'ensemble de photodétecteurs de la figure 3, qui doivent Qtre positionnés malgré tout avec un certain soin.With reference to FIG. 6, an embodiment in which the zones or the total reflections are not arranged on the edge or in a groove of the disc 1 is now described,
In this embodiment, zones 15d, of light and opaque color, are printed on one of the faces, in this case the lower face 13, of the disk 1. In these zones, the interface between the transparent medium of the disk 1 is more an interface with airs but an interface with the color of printing, of index higher than that of the material. As a result, the conditions for which the total reflections take place are no longer fulfilled. In these areas of interruption of the total reflections, diffusion occurs by the printing color and the guided light largely exits through the zones. of the upper face 11 arranged opposite the printed areas 15d. The shape of the zones 15d is adapted to the type of sensor produced. The photodetector 3 is therefore arranged perpendicular to the face 11, as for the sensor of FIG. 6. In addition to the space saving, already indicated, which results from such an arrangement, an embodiment of this type can be combined with an embodiment of the type of that shown in FIGS. 1 and 2 to give a sensor to two photodetectors allowing, for example, the determination of the direction of rotation, without having to take any special precautions for the relative positioning of the photodetectors, as is the case for the set of photodetectors of FIG. 3, which must nevertheless be positioned with some care.
Naturellement, la portée de la présente demande ntest pas limite à la description qui vient d'entre faite, à titre d1 exemple, de quelques formes de réalisation et de leurs variantes. Naturally, the scope of the present application is not limited to the description which has just been made, by way of example, of some embodiments and their variants.
C'est ainsi qu' il est possible de prévqir, au lieu d'un codage logique de la position de 1f organe de recopie du capteur, par exemple le disque 1, un codage analogique, par impression d'une zone 14f de transparence variable, reproduisant une échelle de gris sur le chant 12 du disque 1 par exemple, comme le montre la figure 7. Le capteur est utilisé, dans ce cas, comme le serait un potentiomètre.This is how it is possible to predict, instead of a logical coding of the position of the sensor copying member, for example the disc 1, an analog coding, by printing an area 14f of variable transparency. , reproducing a gray scale on edge 12 of disk 1 for example, as shown in Figure 7. The sensor is used, in this case, as would be a potentiometer.
De même, il a été décrit ici un capteur dont l'organe de recopie est un disque mobile en rotation autour de son axe. Meme si un tel capteur est utilisable pour mesurer un déplacement linéaire, il est clair qu'non tel capteur sera utilisé plutôt pour des déplacements angulaires.Likewise, a sensor has been described here, the copying member of which is a disc movable in rotation about its axis. Even if such a sensor can be used to measure a linear displacement, it is clear that not such a sensor will be used rather for angular displacements.
Dans certains cas, il sera plus approprié de disposer d'un organe de recopie mobile en translation linéaire relativement au photodétecteur. I1 est évidemment à la portée d'un homme du métier de transposer pour un tel capteur les caractéristiques décrites. On notera que le mot "recopie doit être pris ici dans un sens large qui ne signifie pas que le déplacement de ltorgane-de recopie est rigoureusement identique à celui à mesurer, mais qui signifie que ce déplacement est simplement lié à celui à mesurer, de façon à ce que la mesure du déplacement de l'organe de recopie permette de déterminer le déplacement à mesurer.In some cases, it will be more appropriate to have a movable feedback member in linear translation relative to the photodetector. It is obviously within the reach of a person skilled in the art to transpose the characteristics described for such a sensor. It will be noted that the word "recopy must be taken here in a broad sense which does not mean that the displacement of the recopy-body is strictly identical to that to be measured, but which means that this displacement is simply linked to that to be measured, of so that the measurement of the displacement of the copying member makes it possible to determine the displacement to be measured.
Naturellement, il est possible de remplacer la diode électroluminescente par une lampe, par exemple à incandescence, qui émet de l'énergie lumineuse pour l'ensemble des longueurs tonde comprise entre 370 et 550 nm qui excite les particules du colorant fluorescent,
Dans le cas où l'on utilise une diode électroluminescente, émettant donc de lténergie lumineuse sur une longueur d'onde spécifique, il est avantageux, du point de vue du rendement lumineux, de choisir la longueur d'onde d'émission inférieure à la longueur d'onde de la couleur du matériau de l'organe de recopie.Naturally, it is possible to replace the light-emitting diode with a lamp, for example an incandescent lamp, which emits light energy for all the probe lengths between 370 and 550 nm which excites the particles of the fluorescent dye,
In the case where a light emitting diode is used, therefore emitting light energy on a specific wavelength, it is advantageous, from the point of view of the light efficiency, to choose the emission wavelength shorter than the wavelength of the color of the material of the copying member.
Par exemple, avec une diode électroluminescente émettant dans le vert, on utilise un matériau de couleur jaune, orange ou rouge, et avec une diode électroluminescente émettant dans le jaune, un matériau de couleur rouge.For example, with a light emitting diode emitting in green, a material of yellow, orange or red color is used, and with a light emitting diode emitting in yellow, a material of red color.
Les zones imprimées peuvent être réalisées par toutes les techniques habituelles de dépôt et d'impression, par exemple la sérigraphie. Toutefois, lorsque l'impression doit être faite sur une surface de forme non plane comme le chant d'un disque, ou à l'intérieur d'un sillon, il peut être utile de prévoir, par moulage ou par usinage, que les zones à masquer se trouvent en léger retrait formant ainsi des alvéoles dans lesquelles 11 encre vient se loger, les frontières entre les zones masquées et les zones non-masquées étant déterminées de façon nette par les bords des alvéoles. The printed areas can be produced by all the usual deposition and printing techniques, for example screen printing. However, when the printing must be made on a non-planar surface such as the edge of a disc, or inside a groove, it may be useful to provide, by molding or by machining, that the areas to be masked are slightly recessed thus forming cells in which 11 ink is housed, the boundaries between the masked areas and the non-masked areas being clearly defined by the edges of the cells.
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