CH656731A5 - Appareil de localisation optique de position. - Google Patents

Description

L'invention concerne un appareil de localisation optique de position destiné à localiser la position d'un objet suivant un ou plusieurs axes de coordonnées et à déterminer d'autres paramètres mesurables de l'objet.

Il existe, dans l'art antérieur, plusieurs dispositifs conçus pour localiser optiquement, ou par une combinaison d'éléments mécaniques et optiques, un objet dans un système de référence à une ou deux dimensions. Malheureusement, des essais plus récents dans le domaine des «télémètres» et/ou «localisateurs» électro-optiques ont souvent posé des problèmes limitant considérablement leur efficacité et leur utilisation à grande échelle. Deux de ces dispositifs sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.184.847 et dans l'article intitulé «Let Your Fingers to the Talking», volume III, N° 8, BYTE Magazine, août 1978, cet article portant sur un analyseur à effleurement sans contact.

L'une des caractéristiques indésirables de la totalité de l'art antérieur réside dans les coûts élevés dus au nombre particulièrement grand de composants nécessaires pour assembler les dispositifs en un appareil de fonctionnement délicat. Le fait que l'on se repose sur pratiquement des douzaines de sources de lumière et de nombres équivalents de diodes photosensibles «accordées» limite notablement l'efficacité et la résolution des analyseurs optiques antérieurs tout en exigeant simultanément des dépenses importantes sous forme de composants électroniques coûteux, ce qui rend peu pratiques les utilisations et les applications des dispositifs.

D'autres essais antérieurs ont nécessité la fixation de grilles, cellules photoélectriques ou autres accessoires spéciaux sur l'objet à localiser.

De même, la conception de la plupart des dispositifs antérieurs pose souvent des difficultés en ce qui concerne la compatibilité avec des dispositifs d'affichage capables autrement de présenter les résultats de l'opération d'analyse ou d'exploration. De plus, lorsque de tels dispositifs d'affichage sont utilisés, ils exigent eux-mêmes une réinterprétation en raison du signal de sortie «non linéaire» invariable de ces dispositifs.

Certains dispositifs antérieurs exigent des rétroréfiecteurs et font donc apparaître de grandes difficultés pour la localisation d'objets réfléchissants.

Tous les dispositifs antérieurs reposent trop souvent sur des techniques optiques moins évoluées, tel que c'est le cas du dispositif décrit dans le brevet N° 3.184.847 précité dans lequel des miroirs paraboliques, du fait même de leur nature, imposent des paramètres d'encombrement importants. De plus, on rencontre une grande difficulté à étendre les possibilités des dispositifs de l'art antérieur au-delà d'une ou deux dimensions et peu d'appareils, s'il en est, sont capables de résoudre efficacement la localisation et d'autres paramètres d'un objet dans un «corridor» tridimensionnel ou suivant au moins trois axes de coordonnées disposés dans deux dimensions. De plus, les dispositifs antérieurs souffrent d'une résolution spatiale limitée et de faibles vitesses d'exploration, et donc d'une résolution temporelle limitée.

L'invention a donc pour but un appareil de localisation optique de position relativement peu coûteux, exigeant un minimum de composants, relativement compact et léger et qui peut donc être fabriqué aisément en grande série. L'appareil de localisation doit posséder de grandes possibilités de résolution spatiale et de résolution temporelle et il doit être conçu pour décrire rapidement et avec précision des paramètres d'un objet situé dans sa zone ou «fenêtre» de localisation. L'appareil doit permettre de décrire la position et d'autres paramètres d'objets qui ne sont normalement pas traités, tels que des doigts, des plumes ou des crayons. L'appareil de localisation optique de position doit être compatible avec divers visuels d'affichage et il doit être capable de décrire une information de localisation convenant à toute analyse effectuée par un utilisateur, ou bien devant être introduite dans d'autres systèmes, d'une manière souhaitable permettant d'éviter des conversions complexes, par exemple sous une forme linéaire afin d'éviter des programmes de conversion trigono-métrique.

Dans une variante à bon marché, un dispositif de localisation précise et efficace doit convenir à un très grand nombre d'applications s'étendant de l'entrée d'informations en ordinateur (à la place des photostyles et des claviers) aux jouets, aux commandes automatiques d'équipements industriels et à toutes autres utilisations telles que le choix de menus, où une détermination automatique accélérée de paramètres d'un objet tel que la position, la dimension et même la vitesse, est nécessaire.

Il doit de la même manière pouvoir être adapté à une analyse d'un «couloir» tridimensionnel ainsi que de la position et d'autres paramètres d'un objet situé dans cet espace tridimensionnel, par plusieurs réalisations différentes, y compris la superposition de plusieurs unités à deux dimensions et/ou l'utilisation de l'analyse du niveau d'intensité d'une énergie rayonnante dans une seule unité bidimen-sionnelle, capable de décrire une troisième dimension d'un objet dans sa zone ou fenêtre de localisation.

Il doit pouvoir utiliser des distributeurs, des collecteurs et des explorateurs de visée sélective tridimensionnels.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

656 731

L'invention a également pour but de demander un nombre minimal de sources d'émissions d'énergie rayonnante ou de lumière et d'éléments de photodétection, grâce à l'utilisation d'une seule source d'énergie rayonnante associée à un explorateur rotatif perfectionné de visée sélective et à un détecteur qui, en combinaison avec un circuit électronique perfectionné et un minimum de composants électroniques, décrit avec précision et rapidement l'information paramétrique indiquée précédemment.

L'invention a également pour but de convertir des mouvements complexes, tels que ceux des doigts humains en action, en signaux variant dans le temps afin de permettre à une personne de transmettre d'importantes quantités d'informations complexes à des machines ou à d'autres personnes. Un autre objet de l'invention est de remplacer les commutateurs.

L'invention a également pour but un explorateur ou analyseur rotatif perfectionné qui, de par sa nature, est équilibré de façon à pouvoir fonctionner à vitesse élevée, et qui permet l'utilisation d'un détecteur fixe afin d'éviter d'avoir à utiliser des connecteurs de bagues collectrices. L'invention a également pour but d'effectuer un balayage optique le long d'un axe linéaire au moyen d'un explorateur ou analyseur rotatif simple, produisant un balayage linéaire non sinusoïdal dans lequel des incréments de déplacement linéaire, de dimensions égales, le long de l'axe linéaire correspondant à des incréments de déplacement angulaire, de dimensions égales, de l'explorateur.

L'invention concerne donc un appareil de localisation optique de position destiné à localiser la position d'un ou plusieurs objets dans une zone ou «fenêtre» de localisation, suivant un ou plusieurs axes de coordonnées disposés dans une ou plusieurs dimensions, et destiné également à déterminer d'autres paramètres mesurables de ce ou ces objets localisés tels que leurs dimensions; cet appareil est défini par la revendication 1 et les buts mentionnés ci-dessus.

L'appareil comporte un dispositif d'émission d'énergie rayonnante, ainsi que plusieurs distributeurs qui coopèrent avec l'émetteur d'énergie rayonnante et qui distribuent l'énergie rayonnante émise sur la zone de localisation, à partir d'une position située à côté d'une partie de cette zone. Un ou plusieurs collecteurs intégrés, qui correspondent respectivement au ou aux distributeurs, sont disposés le long d'une seconde partie de la zone de localisation, sensiblement opposée à la première partie, de manière à coopérer avec le ou les distributeurs correspondants. Les collecteurs intégrés reçoivent et transfèrent l'énergie rayonnante qui parvient à traverser la zone de localisation, ainsi que des indications de modification ou d'altération de cette énergie, au dispositif de détection, de préférence situé en une position unique vers laquelle converge l'énergie rayonnante transférée. L'appareil comporte en outre un dispositif destiné à viser sélectivement des parties, rapportées à des coordonnées de position, de l'énergie rayonnante distribuée par les distributeurs, afin de détecter et de décrire des propriétés de l'énergie rayonnante qui ont été modifiées par suite de la présence de l'objet à ces coordonnées de position dans la zone de localisation pour déterminer, par suite, la position de l'objet dans la zone de localisation, ainsi que d'autres paramètres de l'objet.

Les dispositifs distributeurs, les dispositifs collecteurs et le dispositif de visée sélective assurent ensemble que, à un moment donné, pratiquement la totalité du rayonnement atteignant le détecteur, en l'absence d'objet dans la zone de localisation, traverse cette zone de localisation sur une étendue correspondant à une seule coordonnée de position, cette étendue étant au moins aussi petite que le plus petit objet à localiser.

Par conséquent, l'appareil distribue l'énergie rayonnante d'une source dans une zone, de manière ordonnée, collecte et transfère ou transmet cette énergie, ayant traversé la zone, à un détecteur, et vise sélectivement certaines parties, rapportées à des coordonnées de position, de cette énergie rayonnante, toutes ces opérations étant desti-

Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, l'énergie rayonnante émise par le dispositif d'émission comprend de la lumière électromagnétique non polarisée et le dispositif d'émission comprend une lampe à incandescence.

Dans une forme préférée de réalisation, le dispositif d'émission d'énergie rayonnante est associé à un élément rotatif de projection 5 qui transmet un faisceau lumineux successivement le long du distributeur de chaque axe respectif. Les distributeurs font parcourir aux faisceaux des segments étroits adjacents, et de préférence parallèles, de la zone de localisation, d'abord le long d'un axe, puis le long de l'autre axe, de façon répétée. Ces faisceaux d'exploration sont reçus io par les collecteurs qui les dirigent vers un détecteur. Le dispositif de détection comprend de préférence un élément photosensible unique sur lequel on fait converger finalement tous les faisceaux, ou bien, en variante, un petit nombre de détecteurs individuels groupés à proximité du point de convergence. La cellule de détection coopère avec 15 un dispositif de traitement de signaux qui détecte si le faisceau d'exploration est interrompu à tout instant donné, et dans quelle mesure il est interrompu, information à partir de laquelle la position et la dimension d'un objet situé dans une plage de localisation peuvent être déterminées. Le dispositif d'émission de rayon peut comprendre 20 avantageusement un laser, ou bien une optique à colonne convenable associée à une source de lumière.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la source d'énergie rayonnante comprend plusieurs sources individuelles de lumière telles que des diodes électroluminescentes ou des diodes à in-25 frarouge, espacées le long de la première partie de la zone de localisation pour former également, en même temps, le dispositif de distribution. Dans cette forme particulière de réalisation, chacune des sources de lumière comprend de préférence une diode électroluminescente placée derrière une série de déflecteurs et/ou d'autres élé-30 ments optiques qui produisent un groupe de faisceaux sensiblement parallèles traversant la zone de localisation. Des dispositifs collecteurs sont alignés respectivement sur eux. En outre, dans cette forme de réalisation, le dispositif de détection peut comprendre un ou deux éléments photosensibles qui coopèrent avec le dispositif collecteur de 35 façon à recevoir l'énergie transmise. Une exploration de la surface de visée pour viser sélectivement certaines parties de la zone peut être effectuée par la commande par impulsions de chacune des diodes électroluminescentes, en séquence. En variante, l'explorateur-détecteur décrit ci-dessous peut être utilisé, que les diodes électrolu-40 minescentes soient allumées en continu ou allumées en synchronisme avec l'explorateur-détecteur.

Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, le dispositif d'émission d'énergie rayonnante comprend une source de lumière continue et sensiblement fixe et il comporte plusieurs écrans qui in-45 terceptent et absorbent les rayons dirigés vers des positions autres que celles situées le long des distributeurs respectifs. Dans cette forme particulière de réalisation, le dispositif de détection est associé à un dispositif de visée sélective qui comprend un explorateur ou analyseur rotatif destiné à analyser sélectivement certaines parties de 50 l'énergie rayonnante continue distribuée simultanément sur l'étendue de la zone de localisation. L'analyseur et le détecteur reçoivent l'énergie rayonnante soit directement, soit sous une forme modifiée et, en réponse à cette énergie, ils produisent un signal électrique proportionnel à la quantité d'énergie rayonnante mesurée, l'énergie 55 rayonnante étant modifiée à un degré juste mesurable par tout objet bloquant l'énergie rayonnante distribuée sur l'étendue de la zone de localisation.

Dans cette forme préférée de réalisation, l'analyseur et le détecteur associés comportent en outre des écrans absorbant l'énergie 60 rayonnante qui n'est pas transmise du collecteur intégré respectif au détecteur. L'analyseur et le détecteur comprennent eux-mêmes un moteur relié à un élément optique de manière à le faire tourner. Un masque à fente est fixé à l'élément optique avec lequel il tourne, ce masque présentant une fente dimensionnée pour décrire la «partie» 65 d'énergie rayonnante transmise et détectée à un instant donné de la rotation de l'ensemble analyseur-détecteur. Cet ensemble comprend de préférence un élément photodétecteur unique placé fonctionnelle-ment en alignement avec l'élément et le masque à fente.

656731

4

L'énergie rayonnante est ainsi transmise du collecteur intégré respectif, passe dans l'élément optique, est réfléchie et focalisée à travers le masque à fente, et arrive sur la surface de l'élément de photodétection. L'élément optique rotatif et le masque permettent à l'ensemble à analyseur d'explorer ou d'analyser, position par position, en passant par un axe de coordonnées de la plage de localisation et, par suite, par les axes de coordonnées restants de la plage de localisation. En faisant tourner l'élément optique et en lui faisant exécuter la fonction d'exploration, on peut rendre immobile le photodétecteur proprement dit en le montant sensiblement sur l'axe de l'élément optique. Les propriétés de réfraction et de réflexion de l'élément optique projettent alors la lumière reçue de la position de rayonnement particulière, qui est instantanément en alignement sur l'élément optique, axialement sur le détecteur fixe. Ce dernier est de préférence un phototransistor, bien que tout transducteur photoélectrique puisse être utilisé.

L'élément optique rotatif peut comprendre une sphère optique de réfraction contenant un plan de coupe diagonale. Une réflexion peut résulter des indices de réfraction différents de la matière de la sphère (de préférence acrylique), et de sa surface qui peut être argentée. Le masque à fente est monté en alignement optique axial entre la sphère optique et l'élément détecteur.

D'une manière plus générale, l'élément optique peut être un ellipsoïde biradial, présentant un rayon horizontal et une largeur de fente qui établissent ensemble la largeur de visée, ainsi qu'un rayon vertical et une hauteur de fente qui établissent ensemble la hauteur de visée.

Des éléments de blocage peuvent être utilisés avec le dispositif d'émission d'énergie rayonnante dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, afin d'intercepter et d'absorber un rayonnement dirigé vers des positions autres que celles se trouvant le long du distributeur. De même, des moyens de blocage équivalents ou des écrans peuvent être utilisés avec l'ensemble analyseur-détecteur, comme mentionné précédemment, aux trois fins suivantes: empêcher la réception par l'analyseur d'un rayonnement parasite accidentel;

établir un système de référence de positions tel que des signaux d'entrée différents, provenant de collecteurs différents, puissent être séparés et analysés pour déterminer les paramètres dimensionnels d'un objet se trouvant dans la plage de localisation; et établir une référence de niveau de noir.

L'élément optique peut être réalisé de manière à tourner et à effectuer le balayage ou l'exploration sous l'action d'un moteur électrique. Le moteur peut être raccordé par un circuit électrique au dispositif d'émission d'énergie rayonnante ainsi qu'à l'élément détecteur et à un amplificateur. Dans une forme de réalisation, un condensateur est monté en parallèle avec le moteur afin de réduire les parasites du collecteur. Les résistances peuvent être réalisées pour abaisser la tension de commande et, par suite, faire tourner le moteur à une vitesse souhaitée. Il convient de noter que la résolution temporelle est en relation inverse avec la vitesse de rotation. De plus, un circuit de commande connu dans la technique peut être utilisé pour commander et stabiliser la vitesse de rotation du moteur.

Une autre forme de réalisation de l'ensemble analyseur-détecteur utilise un analyseur ou explorateur optique électronique avec un ou plusieurs photodétecteurs. Par exemple, on peut utiliser un masque filtrant à bandes à cristaux liquides, du type à transmission, comprenant un grand nombre d'éléments à cristaux liquides individuels disposés à proximité les uns des autres sous forme de «bandes». Lorsqu'ils sont introduits sur le trajet des faisceaux lumineux convergents, on peut déterminer les faisceaux particuliers que l'on autorise à atteindre le détecteur en rendant transparente la «bande» placée sur le trajet optique d'un certain faisceau. De façon similaire, la lumière provenant de positions indêsirées peut être arrêtée en rendant opaques les «bandes» correspondantes. Si une seule ou quelques bandes adjacentes sont transparentes à un instant donné, le détecteur ne voit alors sélectivement que la lumière reçue de la partie réduite correspondante de la zone de localisation. En rendant transparente pendant une courte période chacune des bandes successives tandis que les autres bandes sont opaques, on réalise une «exploration» du champ de localisation.

Bien que de tels obturateurs électroniques puissent être placés en une position quelconque sur le trajet de la lumière, dans une forme 5 préférée de réalisation, le filtre à bandes est placé à proximité du détecteur afin que les dimensions du filtre puissent être réduites en raison de la convergence des faisceaux lumineux.

Bien que l'explorateur ou analyseur électronique puisse être utilisé avec le détecteur rotatif décrit, par synchronisation des deux 10 éléments, il n'est pas nécessaire d'utiliser un élément optique tournant. Par contre, les données de position peuvent être dérivées directement d'après l'indication de la bande rendue transparente et correspondant à un signal de sortie donné. Par conséquent, une configuration totalement électronique, convenant idéalement à l'émission 15 de signaux numériques de sortie, est ainsi obtenue. On évite ainsi les éléments mécaniques de l'explorateur rotatif.

Etant donné que, dans la forme de réalisation de l'explorateur à masque à bandes à cristaux liquides, il n'est pas nécessaire que l'élément optique tourne, d'autres procédés pour collecter les faisceaux 20 lumineux reçus et pour les présenter au détecteur peuvent être utilisés. Bien qu'il soit possible de permettre simplement à la lumière de converger sur un détecteur, une forme préférée de réalisation utilise un élément optique à réfraction et réflexion comprenant une sphère claire de laquelle une partie conique est retirée pour former un ré-25 flecteur de forme conique. Le détecteur est alors monté au-dessus de l'élément, sur son axe, de manière à recevoir la lumière qui arrive à l'élément optique à partir de toute direction radiale. En variante, d'autres éléments de concentration à réfraction ou réflexion connus dans la technique peuvent être utilisés.

30 Un amplificateur peut être connecté de façon fonctionnelle à l'élément détecteur dudit ensemble analyseur-détecteur. L'amplificateur réagit au signal de sortie du détecteur. Dans une forme de réalisation dans laquelle une photodiode à polarisation inverse est utilisée comme détecteur, l'amplificateur proprement dit comprend un 35 premier élément d'amplification de tension destiné à convertir le courant variable de la diode photosensible en un signal résultant de tension variable. Des suppresseurs de parasites peuvent également être incorporés. Un second élément d'amplification de tension est relié par un couplage capacitif au premier élément d'amplification de 40 tension. Dans une forme de réalisation, ce second élément d'amplification de tension est en outre connecté à un rétablisseur de courant continu et à une bascule de Schmitt afin de quantifier le signal résultant en un chiffre binaire. Dans la forme de réalisation de l'invention dans laquelle l'intensité du signal est mesurée, la bascule de Schmitt 45 est remplacée par un amplificateur tampon ayant un gain fini, afin que le signal de sortie soit un signal analogique qui dépend de l'intensité de la lumière arrivant au détecteur.

Dans une forme préférée de réalisation, l'appareil à analyseur-détecteur peut être connecté fonctionnellement, par l'intermédiaire de moyens de traitement de signaux, à un visuel d'affichage permettant une interprétation visuelle de l'énergie rayonnante analysée et détectée par cet appareil. Par exemple, la forme d'onde du signal de sortie peut être affichée au moyen d'un oscilloscope qui est déclenché de façon appropriée au même point de chacun des balayages successifs. Des mesures de la forme d'onde ainsi affichées peuvent être effectuées afin de déterminer la position, la dimension et d'autres paramètres d'un objet en interférence. En variante, un moniteur de télévision peut être utilisé pour afficher un signal de sortie suivant l'existence et la position d'un objet. Il est évident qu'une interface appropriée peut être nécessaire pour dériver du signal de sortie de l'appareil de localisation lui-même le signal approprié d'excitation du moniteur de télévision.

Il convient de noter que le dispositif de localisation de position peut être monté, par exemple, directement sur un moniteur de télévision de manière qu'un opérateur touchant à l'écran de télévision produise simultanément un signal, en sortie de l'appareil de localisation, correspondant à la position du doigt ou du stylet. De cette manière, on peut obtenir une entrée interactive de données et un dis

5

656 731

positif de visualisation pouvant être utilisés avec, par exemple, des ordinateurs.

Dans une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention, des filtres d'énergie rayonnante sont interposés entre le dispositif de distribution et le dispositif collecteur afin d'éliminer pratiquement toute l'énergie rayonnante n'ayant pas les longueurs d'onde que le filtre laisse passer, de manière à réduire à la fois les rayonnements parasites internes et externes. Le filtre sert également à fermer l'enceinte et à protéger les composants des débris et de la poussière. Dans une telle forme de réalisation, le dispositif de filtrage comprend un filtre laissant passer les infrarouges, intercalé entre la zone de localisation et l'appareil de localisation de position.

Le dispositif de distribution peut de préférence distribuer de l'énergie rayonnante dans des positions situées en avant et au-delà de sa partie respective de la plage de localisation afin de décrire une trajectoire initiale et finale d'énergie rayonnante ne pouvant être altérée ni interrompue par des objets, quelle que puisse être leur position dans la plage de localisation. Cela correspond donc à des points de référence destinés à faciliter l'analyse de l'énergie rayonnante détectée sur cette partie de la plage qui peut être interrompue par un objet localisé. Cela peut également servir à éviter une confusion en facilitant une discrimination entre un objet placé aux extrémités de la plage de localisation et les écrans associés à l'ensemble analyseur-détecteur. Enfin, le signal non coupé peut servir de signal d'essai lorsqu'une information d'intensité doit être utilisée pour déterminer la profondeur de pénétration, afin de permettre une commande automatique de gain et une compensation des variations d'intensité de l'énergie rayonnée, en opposition à l'énergie reçue,

ainsi que d'autres paramètres variables présents.

Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, le dispositif distributeur comporte un miroir à échelons en gradins destiné à recevoir le rayonnement du dispositif d'émission d'énergie rayonnante pour le distribuer sur la zone de localisation. De même, la forme préférée de réalisation du collecteur intégré utilise un miroir équivalent à échelons en gradins destiné à recevoir l'énergie rayonnante répartie sur la zone de localisation et à la transmettre ensuite vers une position sensiblement ponctuelle dans laquelle le dispositif de détection est placé.

Le distributeur ou le collecteur, quel que soit celui qui est le plus proche d'un analyseur rotatif, est réalisé de manière à établir la relation fonctionnelle entre la coordonnée de localisation et l'angle de rotation de l'analyseur. En particulier, le distributeur ou le collecteur (quel que soit celui qui commande la relation fonctionnelle) peut être conçu pour établir une relation sensiblement linéaire entre la coordonnée de position et l'angle de rotation de l'analyseur. L'ensemble à échelons en gradins se prête lui-même avantageusement à l'établissement de diverses relations fonctionnelles arbitraires, car il permet de spécifier localement et indépendamment à la fois la position du miroir et la pente du miroir (angle de réflexion). Par exemple, une forme avantageuse de réalisation utilise un ensemble à échelons en gradins à 29 facettes comme collecteur qui établit une relation linéaire entre les coordonnées de localisation et les angles d'analyse en rotation, tout en maintenant l'intensité lumineuse sensiblement constante. Dans la forme de réalisation à 29 facettes, les crêtes des facettes sont espacées de 5,08 mm et les facettes s'étendent, suivant un profil curviligne, d'une profondeur de 41,07 mm à une profondeur de 4,34 mm.

La conception du distributeur et du collecteur établit la relation fonctionnelle entre l'intensité relative du rayonnement transmis, en l'absence d'objets, et les coordonnées de localisation. En particulier, il est possible de concevoir le distributeur et le collecteur considérés comme un système destiné à établir une relation souhaitée entre l'intensité relative et les coordonnées de localisation. L'ensemble à échelons en gradins se prête de nouveau, lui-même, à l'établissement d'une telle relation, car les diverses facettes réfléchissantes peuvent présenter des aires de réflexion utiles différentes. L'aire de réflexion utile est l'aire qui s'étend dans le plan souhaité et qui n'est pas masquée ou recouverte par d'autres parties de l'ensemble à échelons et qui peut donc transmettre efficacement le rayonnement vers la zone de localisation ou en provenance de cette zone. La largeur de l'ombre la plus large doit être inférieure à la largeur de l'objet le plus petit à localiser. Le miroir à gradins peut être incliné afin d'éliminer 5 pratiquement les ombres, les facettes devenant des parallélogrammes.

Dans le cas de zones de localisation plus grandes, les faces individuelles des facettes des miroirs à échelons en gradins peuvent être des surfaces de focalisation configurées afin d'assurer une transmis-io sion maximale du rayonnement et une focalisation.

Dans d'autres formes de réalisation, les ensembles à distributeurs et collecteurs présentent des surfaces réfléchissantes ne comprenant pas de gradins, comme c'est le cas, par exemple, des formes de réalisation dans lesquelles les ensembles à collecteurs et distributeurs is comportent des sections paraboliques, bien que des problèmes de dimensions et de coûts puissent apparaître.

Dans d'autres formes de réalisation, les ensembles à distributeurs et/ou collecteurs sont réfringents ou sont constitués d'une combinaison d'éléments réfléchissants et réfringents. Des lentilles ou des 20 prismes sont des exemples d'ensembles réfringents, tandis qu'un exemple d'une combinaison d'éléments réfléchissants et réfringents peut être constitué par une structure à échelons en gradins en matière optique transparente dont la surface arrière porte un revêtement réfléchissant de manière que la lumière soit à la fois réfractée et 25 réfléchie.

Dans la forme de réalisation du miroir à échelons en gradins à 18 facettes, l'encombrement demandé est moindre par suite d'une réalisation plus mince qui compense l'intensité lumineuse moins constante ainsi que la nécessité d'utiliser un programme de convergo sion trigonométrique du fait de la relation non linéaire entre les coordonnées et l'angle d'analyse. Les crêtes de cette forme de réalisation à 18 facettes sont espacées de 9,52 mm et s'étendent, suivant un profil curviligne, d'une profondeur de 35,36 mm à une profondeur de 20,70 mm.

35 L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels:

la fig. 1 est une vue de dessus d'une forme préférée de réalisation de l'appareil d'analyse selon l'invention dans lequel un ensemble à 40 analyseur et détecteur est utilisé avec des distributeurs et des collecteurs à échelons en gradins pour localiser un objet dans une plage de localisation à deux dimensions;

la fig. 2 est une vue schématique en perspective de dessus de l'ensemble à analyseur et détecteur de la forme de réalisation représen-45 tèe sur la fig. 1 ;

la fig. 3 est une vue de dessus de l'élément optique de l'ensemble à analyseur et détecteur;

la fig. 4 est une élévation de l'élément optique représenté sur la fig- 3;

50 la fig. 5 est un schéma d'un circuit et des composants utilisés dans l'analyseur de la forme de réalisation de la fig. 1 ;

la fig. 6 est un schéma du circuit de l'amplificateur montré sur la fig- 5;

la fig. 7 est un diagramme de l'affichage de sortie sur lequel la 55 zone de localisation est vide ou libre de tout obstacle;

la fig. 8 est un diagramme de l'affichage de sortie sur lequel un objet se trouve dans la plage de localisation;

la fig. 9 est un diagramme de l'affichage de sortie montrant le signal de sortie avant la mise en circuit du rêtablisseur de courant

60

continu;

la fig. 10 est un diagramme montrant l'affichage de sortie après la mise en circuit du rêtablisseur de courant continu;

la fig. 11 est une vue de dessus d'une forme de réalisation d'un miroir à échelons en gradins;

65 la fig. 12 est une vue de dessus d'une seconde forme de réalisation d'un miroir à échelons en gradins;

la fig. 13 est une vue de dessus d'une autre forme de réalisation de l'appareil d'analyse optique selon l'invention, dans lequel des col

656731

6

lecteurs intégrés sont utilisés avec plusieurs sources de lumière qui servent simultanément de distributeurs;

la fig. 14 est une vue en perspective d'une forme de réalisation de l'appareil de localisation optique de position selon l'invention utilisé avec un moniteur de télévision servant de dispositif d'introduction de données;

la fig. 15 est une vue en perspective montrant l'utilisation d'un moniteur de télévision pour afficher des données de position dérivées de l'appareil de localisation de position;

la fig. 16 représente schématiquement l'utilisation d'un oscilloscope pour afficher le signal de sortie de l'appareil de localisation optique de position;

la fig. 17 est un schéma du circuit d'extraction de signaux de synchronisation de la fig. 16;

la fig. 18 montre l'introduction d'un objet opaque à diverses profondeurs dans la zone de détection de l'appareil;

la fig. 19 est une vue schématique de l'affichage d'un signal de sortie pour diverses profondeurs de pénétration, comme montré sur la fig. 18;

la fig. 20 est un schéma d'une variante d'une partie du circuit amplificateur de la fig. 6;

les fig. 21 A, 21B et 21C sont des élévations partielles montrant l'effet d'un objet opaque intervenant dans l'espace défini par des miroirs orientés sous trois angles d'inclinaison différents;

la fig. 22 est une vue partielle en plan d'une autre forme de réalisation de l'appareil d'analyse utilisant des dispositifs d'analyse à masques à bande à cristaux liquides avec un détecteur optique;

la fig. 23 est une élévation d'une variante de l'élément optique montré sur la fig. 22;

la fig. 24 est une vue partielle en perspective du masque à bande à cristaux liquides et du circuit électronique associé;

la fig. 25 est une vue en plan d'une autre forme de réalisation de l'appareil d'analyse selon l'invention comportant des distributeurs et des collecteurs paraboliques continus; et la fig. 26 est une vue partielle en plan de l'appareil d'analyse, montrant l'utilisation d'éléments réfringents.

L'appareil 20 de localisation optique de position, montré sur la fig. 1, comporte une source 28 d'émission d'énergie rayonnante, constituée dans ce cas d'une lampe à incandescence fixe, allumée en continu et disposée dans un coffret 20a, de même que des écrans 27 et 29 et un ensemble 48 à analyseur et détecteur et ses écrans 18 et 19. Les écrans 27 et 29 empêchent l'émission de faisceaux lumineux vers des positions autres que celles situées le long de dispositifs 32 et 40 de distribution.

Dans cette forme particulière et préférée de réalisation, le dispositif 32 de distribution comprend plusieurs surfaces réfléchissantes formant des échelons en gradins, par exemple des surfaces réfléchissantes 33, 34 et 35 pouvant réfléchir les faisceaux lumineux divergents provenant de la source 28 de lumière en un réseau de faisceaux lumineux sensiblement parallèles s'étendant sur la zone 21 de localisation. Deux collecteurs 41 et 42 sont conçus spécialement pour permettre à l'ensemble 48 à détecteur-analyseur de tourner sur un angle radial d'analyse, sensiblement équivalent, pour contrôler une distance linéaire équivalente correspondante sur la zone 21 de localisation. Par conséquent, lorsque l'ensemble 48 à détecteur et analyseur tourne, un angle équivalent de rotation permet à cet ensemble de contrôler une partie équivalente de la zone ou «fenêtre» 21 de localisation, quel que soit le trajet suivi par un faisceau lumineux particulier réfléchi de manière à parcourir la fenêtre. Cette forme particulière de réalisation met sous forme linéaire la coordonnée de localisation de l'affichage de sortie en fonction de l'angle radial de balayage et, par conséquent, en fonction du temps dans les appareils montrés sur les fig. 7 à 10.

Des surfaces réfléchissantes 50, 51 et 44, 45 sont situées, respectivement, sur les distributeurs 32 et 40 afin de répartir des faisceaux d'énergie rayonnante sur des zones extérieures à la zone de localisation 21. La transmission de la lumière d'une lampe 28 vers l'emplacement 44 situé à l'extrémité A du distributeur 40 s'effectue par transmission d'un faisceau par le bord 24 d'un filtre 23 permettant le passage des rayonnements rouges et infrarouges, ce faisceau étant ensuite sensiblement collecté et reçu par une surface réfléchissante 47 et réfléchi vers l'ensemble 48 à analyseur et détecteur. Etant donné qu'aucun objet n'est placé extérieurement à la fenêtre 21 afin de gêner ce faisceau, un signal résultant de la présence d'un objet au bord même de la zone de localisation, comme montré sur la fig. 8, ne peut être confondu avec la représentation affichée des écrans 18, 19. Ainsi, des objets, même à la périphérie de la zone de localisation 21, sont aisément distingués de l'effet des écrans, comme indiqué en 124 sur la fig. 8.

La forme de réalisation décrite correspond à un appareil 20 d'analyse destiné à la localisation et à la mesure de paramètres d'un objet dans deux dimensions, appareil dans lequel les deux distributeurs 32 et 40 sont placés de manière à être opposés à des collecteurs respectifs 41 et 42. Etant donné que la source 28 de lumière est une source continue et fixe d'énergie électromagnétique rayonnante, un réseau de faisceaux continus est produit, comme indiqué par des faisceaux 30 et 31 suivant l'axe de coordonnées X, et des faisceaux 14 et 15 sont répartis du distributeur 32 vers le collecteur 41 suivant l'axe de coordonnées Y. Par conséquent, la présence d'un objet tel qu'indiqué en 52 (représenté en traits mixtes) bloque ou modifie autrement le faisceau 14 d'énergie rayonnante réfléchi de la surface 33 vers la surface 36. Ainsi, lorsque l'ensemble 48 à analyseur et détecteur tourne afin de revoir la partie de l'énergie rayonnante qui serait autrement réfléchie par la surface 36, l'affichage de sortie, comme indiqué sur la fig. 8, montre un objet 52 situé à une distance Y1 par rapport à la distance temporelle radiale de l'écran 18.

Bien que la disposition des distributeurs et des collecteurs de la forme de réalisation de la fig. 1 soit sensiblement orthogonale, l'appareil peut utiliser, de manière équivalente, des réseaux de faisceaux de balayage non orthogonaux ou inclinés. Le filtre 23 permettant le passage des rayonnements rouges et infrarouges est utilisé afin de ne permettre le passage que des longueurs d'ondes correspondant à la lumière rouge et aux infrarouges à travers la plage de localisation de positions, et afin d'empêcher tous les rayonnements parasites non rouges ou non infrarouges de pénétrer dans l'appareil. Cela réduit la sensibilité de l'appareil aux rayonnements parasites indésirables, et ferme hermétiquement le coffret sensiblement toroïdal pour empêcher l'entrée d'impuretés. D'autres moyens de filtrage de l'énergie rayonnante peuvent être utilisés de manière équivalente, y compris une fenêtre passe-tout (transparente).

Des ensemles réfléchissants tels que des miroirs paraboliques représentés en 282-285 sur la fig. 25, sans gradins, peuvent être utilisés. Cependant, de telles configurations peuvent exiger des formes réfléchissantes curvilignes sensiblement profondes qui accroissent notablement la dimension et le coût de l'appareil, problèmes qui sont résolus par l'utilisation des miroirs à échelons en gradins de conception particulière. De plus, des éléments réfringents tels que des lentilles ou des lentilles du type de Fresnel, ou encore des éléments réfrin-gents-réflêchissants tels qu'un prisme réfléchissant, peuvent être utilisés à la place des distributeurs 32 et 40 et/ou des collecteurss 41 et 42 pour transmettre la lumière divergente de la source 28, par réfraction et/ou réfraction-réflexion, sous forme de faisceaux sensiblement parallèles passant par la fenêtre 21 ou, en variante, vers un dispositif de détection. La fig. 26 illustre l'utilisation de lentilles 290 de focalisation avec le distributeur 40, où le faisceau réfléchi 291 est en outre canalisé en un faisceau collimaté 292 par ces lentilles 290.

L'analyseur optique 48 est montré sur la fig. 2 comme comprenant un moteur 53 dont l'arbre 54 est relié à un élément optique 56-57 par l'intermédiaire d'un organe 55 de fixation. Un élément de réduction de visée 61, fixé à l'élément optique 56-57 afin de tourner avec lui, présente une fente 62 qui permet la transmission de «parties» de lumière analysées vers le détecteur 60 duquel partent des fils électriques 63.

Comme montré sur les fig. 1 et 2, l'analyseur 48 tourne de manière à recevoir l'énergie rayonnante provenant de collecteurs tels que le collecteur 41. bien que seule une partie des faisceaux transmis s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

656 731

puisse atteindre un détecteur 60, cette partie étant limitée par la fente 62. Dans la forme préférée de réalisation, la longueur de l'ouverture 62 est choisie de manière que la profondeur de la région visée par le détecteur 60 soit légèrement supérieure à l'épaisseur des éléments réfléchissants des collecteurs 41, 42. De cette manière, de légers défauts d'alignement axial de l'analyseur 43 sont tolérés sans perte du signal souhaité, alors que les rayonnements étrangers sont pratiquement arrêtés.

A une vitesse constante de rotation, la lumière réfléchie par le collecteur 41 est d'abord revue par le détecteur qui tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Arrive ensuite une période d'obscurité correspondant à la présence de l'écran 19 qui arrête la lumière. L'analyseur revoit ensuite la lumière réfléchie de la rangée de collecteurs 42, ce qui est finalement suivi de l'absence de lumière correspondant à la présence de l'écran 18. Ce cycle est ensuite répété en continu. Les écrans 18 et 19 sont de préférence noirs et opaques afin d'absorber plus efficacement les rayons indésirables. Le photodétecteur 60 est maintenu en position fixe au-dessus du masque rotatif 61.

L'élément optique 56-57 comprend une sphère optiquement transparente, réalisée de préférence en matière acrylique et découpée en deux hémisphères. L'hémisphère inférieur 56 est utilisé pour une fonction d'équilibrage afin de favoriser une rotation régulière du dispositif optique sous la commande du moteur 53 et de l'arbre 54. L'hémisphère 57 présente une surface arrière plane 57a qui possède, de préférence, un poli optique. La surface exposée vers l'extérieur de l'hémisphère 57 qui, comme montré sur la fig. 2, reçoit les faisceaux 58 d'énergie rayonnante à travers l'élément 60, se comporte comme une surface de lentille convergente. La réfraction interne totale a lieu à la surface 57b en raison de l'indice nominal de réfraction de la matière utilisée (une matière acrylique ayant un indice de 1,5), alors que l'indice de l'espace d'air maintenu par des ergots 64 et 65 d'en-tretoisement, situés sur la surface arrière plane 57a, est de 1,0.

La fig. 3 montre le dispositif optique avant que la partie supérieure 68 (fig. 4) ait été retirée, et les fig. 3 et 4 montrent la réalisation du dispositif optique qui comprend des ergots d'entretoisement 64 et 65 et des hémisphères 56 et 57. Des calottes sphériques 66 et 67 sont opacifiées. En variante, elles peuvent être éliminées par découpage et les surfaces ainsi mises à découvert peuvent être alors opacifiées.

Dans la forme préférée de réalisation de l'ensemble à analyseur et détecteur, on utilise une matière du type «Acrylite 210-0» ou du type «Plexiglas 2423» pour former le filtre 23 laissant passer les rayonnements rouges et infrarouges et assurant l'étanchéité de l'intérieur de l'appareil de forme «torique». Une sphère en matière acrylique de 19 mm de diamètre peut constituer l'élément optique 56-57, bien que du verre puisse être utilisé de manière équivalente. La largeur de la fente 62 est de 0,356 mm. La largeur de la «lentille convergente» frontale de l'hémisphère 57 étant d'environ 7,6 mm, un faisceau lumineux d'environ 7,6 mm de largeur, provenant du filament de la lampe 28 (du type G.E. N° 194) traverse la zone de localisation et arrive par la fente 62 sur le photodétecteur 60 qui peut être compatible, du point de vue spectral, avec la source 28 de rayonnement. Dans la forme préférée de réalisation, le photodétecteur 60 comprend une photodiode au silicium du type «VACTEC VTS-4085H».

Dans le circuit 70 représenté sur la fig. 5, l'énergie d'entrée appliquée aux bornes +V et 0V est sous la forme d'un courant continu sous tension de 12 volts, d'une intensité nominale de 0,35 ampère, régulée à 5%. Une lampe 71 est branchée directement sur la tension de 12 volts. Un condensateur 74 est monté en parallèle avec un moteur 75 afin de supprimer les parasites. Ce condensateur est de préférence du type à dérivation haute fréquence et bande large, par exemple un condensateur métallisé au polyester, de 0,1 à 0,01 microfarad. Des résistances 72 et 73 réduisent la tension continue de 12 volts à une tension continue positive nominale de 5,7 volts pour établir la vitesse de rotation souhaitée du moteur 75. Cette vitesse est assez élevée pour établir la fréquence d'analyse souhaitée, tout en étant suffisamment basse pour assurer une longue durée de vie au moteur et pour faciliter le traitement des données. Une large plage de vitesses de rotation peut être obtenue au moyen d'un moteur ap-5 proprié à courant continu ou à courant alternatif, commandé par une source appropriée de tension continue ou alternative. Dans certaines applications, un moteur synchrone est préféré, alors que, dans d'autres applications, on préfère un moteur pas à pas. Le premier assure une fréquence constante d'analyse, alors que le second quanto tifie la plage de localisation sans qu'il soit nécessaire de procéder à des calculs de logiciel. Un moteur approprié à courant continu, convenant à la forme préférée de réalisation montrée sur la fig. 1, peut être du type «MABUCHI RF-510T-12620» ayant une vitesse nominale de rotation de 2400 tours par minute. Un capteur photosensible 15 76 est connecté à un ensemble amplificateur 77.

L'amplificateur 77 représenté sur la fig. 6 comprend cinq sections distinctes d'un inverseur à six parties du type «74C04» à semiconducteur oxyde-métal à symétrie complémentaire. La broche 7 de l'inverseur 74C04 est connectée à la ligne 0V et la broche 14 de l'in-

20

verseur 74C04 est connectee a la ligne positive, plus particulièrement à la cathode d'une diode 81, de manière que l'inverseur 74C04 soit soumis à une tension de 12 volts, diminuée de la chute de tension produite par la diode, ce qui établit une tension Vcc d'environ 25 11,3 volts. En variante, on peut utiliser des amplificateurs opérationnels 86, 91, 92, 99 et 100, avec des modifications de circuits appropriées, constitués chacun d'un composant Texas Instruments «TL081 », d'une partie d'un composant Texas Instruments «TL084» ou d'un amplificateur National Semiconductor «LM308». La pre-30 mière partie de l'amplificateur 77 est un étage d'amplification de tension dans lequel une résistance 85 de 2,2 mégohms établit le gain entre le courant d'entrée et la tension de sortie. Un condensateur 84 de 10 picofarads élimine les hautes fréquences afin de réduire les parasites. Une résistance 85 maintient également la tension de polarisa-35 tion inverse de la cellule photosensible. La sortie de cet étage est connectée à une résistance 89 d'entrée d'un deuxième étage par des condensateurs polarisés 87-88 de 10 microfarads, montés dos à dos ou, en variante, par un condensateur non polarisé de 10 microfarads. Un second amplificateur opérationnel 91 est connecté à une 40 résistance 90 de réaction de 1 mégohm et, avec une résistance 89 de cent kilohms, il réalise un gain nominal de tension égal à 10. La sortie de cet amplificateur est reliée par un condensateur 95 de 0,1 microfarad à une résistance 96 de 10 kilohms, à un amplificateur opérationnel 92 et à une diode 97 (1N914). L'amplificateur opêra-45 tionnel 92 et la diode 97 sont destinés à bloquer le signal afin qu'il ne puisse devenir positif au point de polarisation de l'amplificateur (Vcc/2 nominale). La résistance 93 de 470 kilohms maintient la sortie du condensateur 95 contre le niveau de blocage. Les éléments 92, 93, 96 et 97 constituent un rêtablisseur de courant continu. Le 50 signal rétabli de courant continu (dont le niveau de courant continu le plus positif est au potentiel Vcc/2) est appliqué à une bascule de Schmitt 98-101. Des amplificateurs opérationnels 99 et 100 sont connectés, dans la bascule de Schmitt, à une résistance 101 de réaction de 4,7 mégohms et à une résistance 98 d'entrée de 220 kilohms. Unè 55 résistance 94 de 1,5 mégohm polarise le point de la bascule de Schmitt en regard de l'entrée de la résistance 98 à une valeur légèrement négative par rapport à la ligne de base de courant continu établie par le rêtablisseur de courant continu. La résistance 101 établit l'hystérésis avec la résistance 98 de 220 kilohms qui affecte 60 également la sensibilité d'entrée. Deux résistances 102 et 103 de 470 ohms, ainsi que des diodes 104 et 106 (1N914), protègent la sortie contre les décharges d'électricité statique ou d'autres sollicitations accidentelles. Un condensateur électrolytique 105 de 10 microfarads sert de filtre d'alimentation.

65 La diode 81 assure une protection contre les détériorations dues à une inversion accidentelle de la polarité, et elle peut en outre assumer la fonction de redresseur dans des formes de réalisation alimentées en courant alternatif.

656 731

8

Dans le circuit représenté sur la fig. 6, la diode 76 se comporte comme une source de courant commandée par la lumière.

Pendant le fonctionnement, lorsque l'ensemble 48 à analyseur et détecteur de la fig. 1 est dirigé ou focalisé sur des écrans 18 et 19, le rêtablisseur de courant continu bloque le signal à Vcc/2. Cette tension correspond à l'entrée la plus positive appliquée à la bascule de Schmitt du circuit. La résistance 94 de polarisation de 1,5 mégohm a pour effet d'appliquer à l'entrée de la bascule de Schmitt une tension nette positive dans cette condition, et la sortie est donc proche de la ligne +12 volts (sortie maximale) de la fig. 7. Lorsque l'analyseur parcourt la plage sans obstacle, sous la lumière directe ou réfléchie de la lampe 28, le niveau du signal de photodiode oscille de façon relativement négative. Le signal de sortie proche des condensateurs 87 et 88 devient relativement positif et le signal de sortie du condensateur 95 devient relativement négatif. Le signal de sortie du rêtablisseur de courant continu devient donc négatif au niveau nominal Vcc du rêtablisseur. Le signal d'entrée net appliqué à la bascule de Schmitt 98-101 devient négatif du niveau inférieur de déclenchement et le signal final de sortie devient égal à la ligne 0 volt (valeur de tension minimale, position de base) de sortie, comme montré sur la fig. 7. Dans le cas où un objet tel que l'objet 52 apparaît et absorbe ou bloque le rayonnement pendant une partie de l'analyse, comme montré sur la fig. 1 où un faisceau 14 de rayons est bloqué, pour cette partie de l'analyse, la sortie du photodétecteur revient alors à son niveau de «noir», le signal de sortie du premier étage d'amplification devient relativement négatif, le signal de sortie du deuxième étage d'amplification devient relativement positif, et le rêtablisseur de signaux revient à la ligne de base Vcc/2, comme montré sur la fig. 7, le signal de sortie passant dans sa première position logique (position de sortie maximale) comme montré en 200, 201 surla fig. 8.

Par conséquent, la fig. 7 montre les positions des écrans 18 et 19 lorsque aucun objet ne gêne la distribution de l'énergie rayonnante sur la zone de localisation. Les parties 113 et 111 d'écran de la fig. 7 sont simplement des prolongements du même écran 19 relativement grand, tandis que la représentation 112 du signal correspond à l'affichage de la valeur logique 1 (position maximale de sortie) de l'écran 18 qui est plus petit, autour de l'ensemble 48 à analyseur et détecteur. La position le long de l'axe X ou Y de coordonnée, lorsqu'un objet est en alignement, déterminée par modification de la lumière arrivant à la photodiode 60, est indiquée respectivement par la variable X (115) et par la variable Y (114).

La fig. 8 représente une forme d'onde typique du signal de sortie de l'appareil lorsqu'un objet est placé dans la fenêtre 21 de la zone de localisation, par exemple l'objet 52 montré sur la fig. 1. Des signaux de sortie 119 à 121, de niveau logique un, correspondent au blocage de la lumière par les écrans 18 et 19, comme décrit précédemment. D'autres signaux de sortie 200 et 201, de niveau logique 1, sont représentés comme étant situés respectivement dans les zones d'analyse X et Y 115 et 116. Ces signaux de sortie correspondent au blocage de la lumière par un objet se trouvant dans la fenêtre 21 de la zone de localisation.

En raison de la relation entre l'angle de rotation et l'analyseur et la position dans la plage le long des axes de coordonnées X et Y, il est possible de déduire de la position et de la largeur de ces signaux de sortie 200 et 201 de niveau logique 1, la position et la dimension de l'objet interfèrent 52 dans la fenêtre 21 de localisation. En particulier, le décalage entre le flanc montant du signal de sortie 200 et le zéro ou point de commencement de l'analyse X 115, décalage qui est la distance désignée en XI sur la fig. 8, correspond à la position du bord de l'objet interfèrent 52 le plus proche du point zéro sur l'axe X de la fenêtre 21 de la zone de localisation. Par conséquent, en connaissant la relation fonctionnelle entre l'angle d'analyse, en degrés, représenté par ce décalage XI, et le déplacement linéaire correspondant le long de l'axe X de la fenêtre 21 de la zone de localisation, on peut déterminer la position réelle de l'objet 52. De façon similaire, la position de l'objet 52 le long de l'axe Y peut être déduite du décalage Y1 du flanc montant du signal 201 par rapport au zéro ou à la position nulle d'analyse Y 114.

Une information supplémentaire peut être obtenue de la forme d'onde du signal de sortie montrée sur la fig. 8, concernant la dimension de l'objet interfèrent 52 par rapport aux axes X et Y. En particulier, la largeur du signal 200, indiquée en delta X sur la fig. 8, correspond à la largeur de l'objet 52 par rapport à l'axe X. De façon similaire, la largeur du signal 201, indiquée en delta Y, correspond à la dimension de l'objet 52 par rapport à l'axe Y. Par conséquent, en connaissant la relation entre le déplacement angulaire représenté par delta X et delta Y et le déplacement linéaire correspondant le long des axes X et Y, on peut déterminer la dimension de l'objet 52.

La fig. 8 montre en outre une partie décalée 210 située entre le flanc descendant du signal de sortie 119 et le point de commencement représenté de l'analyse X 115. De façon similaire, une zone décalée 211 est représentée entre le point extrême de l'analyse X 115 et le flanc montant du signal 120, une zone décalée 212 étant située entre le flanc descendant du signal 120 et le point de commencement de l'analyse Y 114. Enfin, une zone décalée 213 est représentée entre le point de fin de l'analyse Y 114 et le flanc montant du signal 121.

Ces zones décalées 210 à 213 correspondent à des signaux lumineux ininterrompus qui sont transmis extérieurement à la fenêtre 21 de la zone de localisation, par exemple le long d'une partie immédiatement extérieure à sa périphérie, de la source de lumière 28 vers l'analyseur-détecteur 48. L'existence de ces signaux lumineux résulte d'un signal de sortie de niveau logique zéro, de durée fixe, précédant immédiatement et suivant immédiatement les analyses X et Y. Ces signaux peuvent donc être utilisés pour étalonner le circuit de détection et/ou d'interprétation, par exemple pour définir l'existence et la dimension exacte des analyses X et Y 115, 116. Il convient de noter que, bien que ces signaux ne pouvant être interrompus soient prévus pour les points de commencement et de fin des deux analyses X et Y dans la forme de réalisation dont le signal de sortie est montré sur la fig. 8, d'autres formes de réalisation permettent d'utiliser un nombre inférieur à la totalité de ces signaux possibles d'étalonnage, comme souhaité.

La fig. 9 représente les niveaux de tension relatifs existants dans un signal typique de sortie avant la mise en marche de la partie du circuit constituant le rêtablisseur de courant continu. En particulier, le niveau logique un de sortie 141 est représenté comme étant inférieur à la tension V d'alimentation (131) et supérieur à la moitié, 1/2 V, de la tension d'alimentation (132). Le niveau logique zéro 140 est représenté comme étant supérieur à 0V, mais inférieur à la moitié 1/2 V de la tension d'alimentation (132). De cette manière, le signal peut être considéré comme «chevauchant» la demi-tension d'alimentation.

Après que le circuit rêtablisseur de courant continu a été mis en action, le niveau logique zéro 145 du signal résultant est proche de la tension de référence zéro, comme indiqué sur la fig. 10. De plus, le niveau logique un résultant 135 est sensiblement égal à la moitié de la tension d'alimentation, 1/2 V (132).

Ce signal résultant peut donc être traité par la bascule de Schmitt du circuit, comme décrit précédemment. La fig. 10 représente les niveaux relatifs de tension C et D par rapport aux points de coupure d'un étage typique à bascule de Schmitt. Ainsi qu'on peut le voir, cette forme d'onde résultante peut être traitée par de tels dispositifs à bascule de Schmitt afin d'indiquer avec précision les points de transition concernant l'information de position souhaitée.

La fig. 11 montre un miroir 187 à échelons en gradins à 29 facettes, de conception spéciale, dans lequel les crêtes des miroirs ont une dimension constante d'un miroir à l'autre, à savoir, dans ce cas, 5,08 mm.

Dans la forme de réalisation de la fig. 11, on relève les relations angulaires suivantes:

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

9

656 731

Tous les anges bêta sont égaux à 90

alpha degrés minutes alpha degrés minutes alpha degrés minutes

1.

27

15

11.

34

10

21.

41

10

2.

28

00

12.

34

55

22.

41

50

3.

28

40

13.

35

35

23.

42

30

4.

29

20

14.

36

20

24.

43

15

5.

30

00

15.

37

00

25.

43

55

6.

30

45

16.

37

40

26.

44

35

7.

31

25

17.

38

20

27.

45

20

8.

32

05

18.

39

05

28.

46

00

9.

32

50

19.

39

45

29.

46

40

10.

33

30

20.

40

25

La figure 12 représente un miroir ! 51 à échelons en gradins à 18 facettes dont les crêtes sont espacées de 9,52 mm. Sur la figure 12, les angles sont les suivants :

Tous les angles bêta sont égaux à 90

alpha degrés minutes alpha degrés minutes alpha degrés minutes

1.

16

56

7.

32

44

13.

40

34

2.

20

56

8.

34

20

14.

41

34

3.

24

05

9.

35

47

15.

42

30

4.

26

42

10.

37

08

16.

43

23

5.

38

58

11.

38

22

17.

44

12

6.

30

57

12.

39

30

18.

45

00

Il convient de noter que les facettes telles que celles indiquées en 191 sur la fig. 11 ou en 155 et 156 sur la fig. 12 peuvent être sensiblement planes ou incurvées, comme représenté en traits mixtes, afin de focaliser la lumière qu'elles réfléchissent. De plus, le nombre de surfaces utilisées dans une application particulière peut être optimisé en fonction des possibilités de production, des coûts, des pertes aux bords, de la résolution et de la profondeur des échelons. Cependant, la conception particulière de la fig. 11 rend possible un affichage de sortie linéaire en raison de la possibilité, pour l'ensemble à détecteur et analyseur, de «revoir» ou focaliser sur des distances équivalentes respectives dans la fenêtre de la zone de localisation, en fonction des angles d'analyse radiale, sensiblement équivalents, respectifs. La forme particulière de réalisation de ce miroir à échelons en gradins rend également possible le réglage de l'intensité, de sorte que cette intensité est sensiblement équivalente sur toute l'étendue de la fenêtre 21, quelle que soit la position de coordonnées revue. Dans le cas de miroirs moins profonds que celui montré sur la fig. 11, par exemple comme montré sur la fig. 12, une fonction trigonométrique ou autre doit être utilisée avec le dispositif d'affichage, car la position d'un objet devient alors une fonction non linéaire des angles radiaux d'analyse sous lesquels l'objet est détecté.

En ce qui concerne la résolution, il est nécessaire d'établir un pas d'espacement entre les facettes d'un miroir particulier, inférieur au plus petit objet que l'on souhaite définir. En variante, les facettes du miroir peuvent être inclinées pour former un parallélogramme afin d'éliminer les ombres. En particulier, comme montré sur les fig. 21A à 21C, des zones d'ombres mineures 253 peuvent apparaître entre les zones réflectrices 254. Ces zones d'ombres peuvent résulter de l'obscurcissement mutuel des facettes individuelles du miroir ou d'effets de bords de la configuration en miroir de Fresnel. Aucune énergie rayonnante n'est émise ou reçue dans ces zones d'ombres. Bien que les zones d'ombres 253 soient de peu de conséquence vis-à-vis des objets ayant des dimensions notablement supérieures à la largeur desdites zones d'ombres 253, il est possible que de petits objets tombent en totalité dans une telle zone d'ombre et ne soient donc pas détectés. Par exemple, si l'objet 52 pénètre dans la zone rêflec-trice 254a du miroir à échelons en gradins normal représenté en élévation sur la fig. 21 A, il en résulte un blocage de la lumière correspondant à une zone ombrée 263, et cela est détecté. Cependant, si

30 l'objet pénètre dans l'une des zones d'ombres 253, il ne résulte aucun blocage de la lumière, comme indiqué en 264, et l'objet n'est pas détecté.

Pour éviter le risque d'une absence de détection d'objets qui sont perpendiculaires à la zone 21 de localisation, les miroirs individuels 35 peuvent être inclinés afin que les surfaces des facettes forment des parallélogrammes comme représenté en élévation sur la fig. 21B. En choisissant un angle d'inclinaison approprié, il est possible d'établir une configuration telle que des objets même étroits produisent un blocage au moins partiel d'une ou plusieurs aires réflectrices 253b, 40 comme indiqué par la zone ombrée 265, même si d'autres parties de l'objet tombent dans les zones d'ombres 254b, par exemple une zone 266. Cependant, une inclinaison excessive peut avoir pour résultat une diminution de la précision et de la résolution, car tous les objets insérés peuvent alors intercepter deux zones adjacentes. Cela est il-45 lustré sur la fig. 21C où un objet 52 est détecté dans deux zones adjacentes par suite de la présence d'aires 267, une zone 268 n'étant pas en alignement. Enfin, bien que dans la forme préférée de réalisation l'inclinaison des facettes des miroirs des détecteurs soit conçue de façon à être l'image réfléchie équivalente de l'inclinaison des facettes 50 des distributeurs afin que des faisceaux lumineux de section en parallélogramme soient distribués et reçus, d'autres configurations sont possibles. Par exemple, il est possible de donner une inclinaison relative opposée aux facettes du collecteur afin d'assurer un mélange supplémentaire.

55 Dans une autre forme de réalisation de l'invention, un élément optique 57 est orienté fixement vers l'écran 29 et l'écran 18 est éliminé. Le masque 61 n'est pas nécessaire. Le détecteur 60 est un détecteur d'images linéaires CCD110 de la firme Fairchild Semiconductor, ou un composant équivalent, et il forme, en combinaison 60 avec un circuit approprié et l'élément 57, à la fois un dispositif de visée sélective et un dispositif de détection.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif de visée sélective de certaines parties de l'énergie rayonnante transmise est disposé en d'autres points le long du trajet de transmission 65 de l'énergie rayonnante. Par exemple, au lieu d'utiliser un ensemble «analyseur-détecteur» rotatif, comme décrit précédemment, on peut utiliser un détecteur fixe avec un analyseur-émetteur-projecteur. Comme montré sur la fig. 2, dans la forme de réalisation à analyseur

656731

10

et émetteur, la cellule photosensible 60 utilisée précédemment devient une source de lumière 60, les éléments 61, 62 et 53 à 57 ayant la même structure que celle décrite précédemment.

L'analyseur-émetteur 48 peut remplacer l'ensemble (48) à analy-seur-détecteur entre les rangées 41 et 42 afin de transmettre l'énergie rayonnante à travers la «fenêtre» 21, dans une direction opposée à celle indiquée par les flèches sur la fig. 1. Les transmissions et ou modifications de l'énergie ainsi transmise sont captées par un ensemble fixe 28 à cellule photo-électrique situé à l'intérieur des écrans 27 et 29. Dans cette forme de réalisation, les ensembles collecteurs deviennent des ensembles distributeurs, et vice versa.

En variante, un obturateur électrochimique, électromécanique, mécanique ou électronique, par exemple des éléments d'affichage à cristaux liquides ou des fentes déplacées par un haut-parleur, une bobine ou des transducteurs piézo-électriques, peuvent être interposés en des points appropriés le long du trajet de transmission de l'énergie rayonnante afin de permettre une visée sélective des émissions d'énergie rayonnante transmises. La fig. 22 illustre une telle variante utilisant un dispositif d'analyse électronique coopérant avec le détecteur. Des filtres 270 à bandes à cristaux liquides sont placés sur le trajet des faisceaux d'énergie rayonnante. Comme montré sur la fig. 24, les filtres à bandes comprennent plusieurs éléments parallèles adjacents 271 à cristaux liquides, du type à transmission. Ces bandes individuelles sont orientées de manière à s'étendre en alignement optique entre le détecteur d'énergie rayonnante et les collecteurs 42, 41 afin que chaque facette de miroir individuelle des collecteurs 42, 41 soit en alignement sur une ou plusieurs des bandes 271 du filtre.

En fonctionnement, un seul élément, par exemple l'élément 272, est rendu transparent à l'énergie rayonnante, tandis que d'autres éléments 271 sont rendus opaques à cette énergie. Ainsi, l'énergie rayonnante transmise est absorbée par le filtre 270 à bandes, sauf la partie de l'énergie qui correspond à un faisceau 273 situé dans un emplacement unique. En rendant ainsi successivement et séquentiellement transparents les éléments individuels 271, on obtient une analyse électronique de l'énergie rayonnante reçue.

Dans la forme préférée de réalisation illustrée sur la fig. 22, des filtres à bandes 270 sont placés à proximité du détecteur, de façon à être proches du point de convergence des faisceaux lumineux. De cette manière, les dimensions linéaires du filtre à bandes 270 peuvent être maintenues à un minimum, ce qui réduit les coûts de fabrication. De plus, comme illustré sur les fig. 22, dans la forme préférée de réalisation, le filtre 270 à bandes à cristaux liquides porte un revêtement métallique afin de pouvoir être inséré dans une douille correspondante 273. Un dispositif électronique 274 de commande est monté à proximité de la douille 273 et connecté à un circuit imprimé 276 appliqué sur le substrat 275 de montage, ce qui a pour résultat une réalisation peu coûteuse d'un seul bloc. Les filtres 270 à bandes à cristaux liquides peuvent être des types multiplexes ou à commande directe.

Le dispositif électronique de commande 274 de la forme préférée de réalisation provoque une analyse d'élément par élément, d'abord du filtre 270 à bandes à cristaux liquides placé dans le champ d'énergie rayonnante d'axe x, puis du filtre correspondant 270 placé dans le champ d'axe y. Cette opération peut être répétée en continu, permettant à la lumière d'une seule position relative d'axe x ou d'axe y d'atteindre le détecteur à un instant donné. De cette manière, il suffit d'utiliser un seul élément de détection de l'énergie rayonnante. En variante, les filtres à bandes 270 peuvent être analysés simultanément, des détecteurs individuels étant utilisés avec chacun d'eux pour déterminer simultanément les positions dans les coordonnées x et y. Des cadences d'analyse égales au double de la fréquence sont ainsi possibles.

La fig. 23 représente une forme préférée de réalisation pour une configuration à détecteur unique à utiliser avec, par exemple, l'analyseur électronique montré sur la fig. 22. Un élément optique 56 intercepte l'énergie rayonnante qui passe à travers les éléments transparents des filtres à bandes 270 et transmet cette énergie par réflexion et réfraction à un détecteur 277. L'élément optique 56 est de préférence réalisé en matière plastique, par exemple une matière plastique acrylique ayant un indice de réfraction d'environ 1,5. D'autres matières plastiques ou du verre peuvent être utilisés. L'élément optique 56 comprend une sphère 281 dans laquelle un cône 280 de 45 est réalisé par fraisage. La surface conique résultante du cône 280 présente avantageusement un poli optique.

La lumière transmise par les filtres à bandes 270 arrive à l'élément 56 et est réfractée par l'élément sphêrique 281, atteignant la surface du cône fraisé 280. En raison des différences entre les indices de réfraction de la matière de la sphère 281 et de l'air ambiant, une réfraction totale se produit à la surface du cône 280, dirigeant ainsi la lumière à peu près axialement à travers la sphère 281. Cette lumière est en outre réfractée par la sphère 281 et est focalisée par cette dernière sur l'élément de détection 277. En raison de la symétrie radiale de l'élément optique 56, la lumière provenant de toute direction radiale est réfractée de la même façon, réfléchie axialement et détectée par l'élément 277. En variante, d'autres procédés connus dans la technique peuvent être utilisés pour collecter et détecter l'énergie rayonnante transmise par les filtres à bandes 270.

La fig. 13 représente une autre forme de réalisation de l'appareil selon l'invention dans lequel plusieurs diodes électroluminescentes sont prévues afin d'assumer à la fois la fonction d'éléments d'émission d'énergie rayonnante et d'éléments de distribution. En particulier, un grand nombre de diodes électroluminescentes sont disposées le long de chacun de deux des axes de la fenêtre 186 de zone de localisation de manière que l'énergie rayonnante qu'elles émettent soit transmise en faisceaux sensiblement parallèles traversant la fenêtre 186 de localisation. Ces diodes électroluminescentes sont indiquées sur la fig. 13 par les références numériques 163, 164, 165, 166, 167 et 168, par exemple. Les faisceaux ainsi produits peuvent être canalisés par l'utilisation d'un cadre à claire-voie 181 présentant plusieurs ouvertures 180. Des rangées 161 et 162 de collecteurs intégrés sont destinées à réfléchir de façon équivalente la lumière transmise (ou les absences de cette lumière) vers un dispositif de détection 182 qui comprend des photodétecteurs 183 et 184 montés dos à dos. En variante, on peut utiliser la configuration de détecteurs représentée sur la fig. 23. Des cadres à claire-voie 181, qui peuvent être des macro-ou micro-persiennes et qui entourent complètement la zone 186 de localisation, sont destinés à limiter la transmission de la lumière sous forme de faisceaux parallèles.

Pour viser sélectivement ou analyser des parties de l'énergie rayonnante et établir un cadre de référence par rapport auquel l'un des faisceaux des diodes électroluminescentes est arrêté dans le cas où un objet apparaît dans la fenêtre 186, les diodes électroluminescentes sont elles-mêmes alimentées par des impulsions, en ordre successif, à une cadence souhaitée, afin de produire un signal d'étalonnage dans le temps analogue à celui de la forme de réalisation de la fig. 1. Grâce à cette technique ainsi que par l'utilisation, en variante, d'un analyseur-émetteur ou d'analyseurs à masque à filtres à bandes, un ou deux dispositifs photodétecteurs, seulement, sont nécessaires pour «interpréter» les caractéristiques de transmission et d'altération résultant de la position d'un objet dans la zone 186 de localisation.

La fig. 14 représente l'utilisation de l'appareil 20 de localisation optique de position avec un moniteur 201 de télévision pour former un dispositif d'entrée d'information interactive. En particulier, l'appareil 20 est monté directement sur la surface avant du moniteur 201 de manière que le boîtier toroïdal 20a entoure l'écran 209 de télévision. La sortie 204 de l'appareil est connectée, dans une forme de réalisation, au moyen d'un conducteur 207 directement à l'entrée 205 d'un système 202 à microprocesseur. En variante, une minuterie d'intervalles programmable peut être insérée entre des points A et B. indiqués sur la fig. 14, de manière que la sortie 204 du dispositif soit reliée à la minuterie programmable 203 et que la sortie de cette minuterie 203 soit elle-même reliée à l'entrée 205 du microprocesseur. Enfin, la boucle interactive est complétée par l'application au moniteur 201 de télévision d'un signal de sortie approprié 206 produit par le microprocesseur 202.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

11

656 731

Lors de l'utilisation, le microprocesseur 202 présente, par exemple, un choix de sélections au moniteur 201. Ces sélections apparaissent sous forme de régions identifiées 208, 211 sur l'écran 209 de télévision. L'utilisateur peut alors choisir parmi ces options et indiquer son choix à l'aide d'un doigt 210. En variante, un stylet convenable peut être utilisé.

Lorsque le doigt 210 de l'utilisateur touche l'écran 209 de télévision, il pénètre également dans la zone 21 de localisation de l'appareil 20 de localisation de position. Des données correspondant à la position de cet objet intervenant 210 sont transmises à un circuit approprié d'analyse. Dans une forme de réalisation, le signal de sortie est transmis directement au microprocesseur 202. Dans une autre forme de réalisation, une minuterie d'intervalles programmables 203 est intercalée. La minuterie 203 d'intervalles produit des signaux de sortie correspondant aux longueurs respectives des parties «travail» et «repos» du signal reçu. Comme décrit précédemment, ces périodes de temps «travail» et «repos» correspondent à la position et la dimension de l'objet intervenant 210. Bien que le microprocesseur 202 puisse effectuer lui-même les interprétations de synchronisation nécessaires, l'utilisation d'une minuterie d'intervalles programmables 203 peut être préférable pour réduire la charge de calcul du microprocesseur 202.

En mettant en corrélation les données reçues concernant la position de l'objet 210 et les sélections affichées 208, 211, le microprocesseur peut déterminer la sélection qui a été choisie et une réponse appropriée peut être déclenchée. Dans une forme préférée de réalisation, la sélection choisie peut être mise en évidence comme indiqué par un élément 211 de choix afin de fournir une réponse visuelle à l'opérateur, lui indiquant qu'une sélection a été ou sera d'ici peu reconnue par le microprocesseur 202. De cette manière, on obtient un dispositif de programmation ou d'introduction de données peu coûteux, tout en étant extrêmement souple et facilement utilisable, qui évite à l'utilisateur d'avoir à procéder à une entrée par clavier, cette opération pouvant être gênante, confuse ou intimidante.

Dans certaines conditions, il peut être souhaitable de pouvoir disposer d'un visuel correspondant à la position d'un objet intervenant autre que celle décrite précédemment. Dans une forme de réalisation montrée sur la fig. 15, une interface 220 produit un signal de sortie sur un moniteur 201 de télévision, ce signal correspondant à la localisation d'un objet intervenant 210. Par exemple, la partie 212 de l'image de télévision correspondant à la position de tout objet intervenant 210 peut être mise en évidence. De cette manière, on obtient une représentation graphique directe à la fois de la dimension et de la position de tous objets intervenants.

La fig. 16 représente d'autres moyens destinés à afficher visuellement l'information de sortie du dispositif de localisation optique 20 de position. En particulier, les signaux de sortie du dispositif, tels que ceux montrés sur la fig. 5, peuvent être appliqués à l'entrée d'un oscilloscope 222 au moyen de lignes d'entrée 225. Pour obtenir un affichage stable et constamment mis à jour, il est nécessaire de déclencher de façon répétitive l'oscilloscope 222 au même point lors de l'affichage de chacune des formes d'ondes successives de sortie. Cela peut être réalisé à l'aide d'un circuit extracteur de signaux de synchronisation 221 dont la sortie est reliée au moyen de lignes 224 de synchronisation à l'entrée du signal de synchronisation de l'oscilloscope 222. Une représentation stable 223 de la forme d'onde du signal de sortie est ainsi affichée sur la face du tube à rayons cathodiques de l'oscilloscope, représentation à partir de laquelle les données souhaitées peuvent être mesurées.

Une forme préférée de réalisation du circuit extracteur de signaux de synchronisation 221 de la fig. 16 est montrée sur la fig. 17. Le circuit comprend un intégrateur négatif comportant un amplificateur 230, une résistance 233 de réaction en parallèle avec un condensateur 232 de réaction, et une résistance d'entrée 231. L'intégrateur négatif est connecté à un circuit d'écrêtage et de détection comprenant un transistor 234, un condensateur 236 de mémorisation et une résistance de fuite 237. Le signal de sortie est produit aux bornes d'une résistance collectrice 235.

En fonctionnement, la sortie de l'amplificateur 230 est initialement à un niveau positif haut. Lors de l'application d'un signal d'entrée positif, l'intégrateur négatif effectue une intégration moyenne de temps négative du signal d'entrée, ce qui a pour résultat 5 une diminution de la tension de sortie de l'amplificateur 230. Les valeurs de la résistance d'entrée 231, de la résistance 233 de réaction et du condensateur 232 de réaction, ainsi que le gain de l'amplificateur 230, sont choisis de manière que le temps de saturation de l'intégrateur négatif résultant soit quelque peu supérieur à la durée du io plus long signal d'entrée de niveau haut prévu. Comme montré sur la fig. 8, ces signaux d'entrée de niveau haut apparaissent lorsque la lumière est arrêtée par l'élément détecteur, par exemple l'écran 18 de la fig. 1. Dans la forme préférée de réalisation, le signal d'entrée de niveau haut ayant la plus longue durée correspond au blocage de la 15 lumière par l'un des écrans d'arrêt de la lumière, par exemple l'écran 18 de la fig. 1.

Un condensateur 236 d'emmagasinage de charge de pointe est chargé positivement par une résistance de fuite 237. La constante de temps du circuit résultant est choisie de façon à être sensiblement su-20 périeure à la durée d'une rotation complète de l'analyseur optique. Dans la forme préférée de réalisation, cette constante de temps peut être égale à dix foix la durée d'une rotation unique. De cette manière, ta résistance de fuite 237 ne provoque pas une variation notable de la tension du condensateur 236 d'emmagasinage pendant 25 un cycle unique de fonctionnement du circuit.

Outre qu'il sert de circuit de maintien de crête avec le condensateur 236 et la résistance 237, un transistor 234 assume une fonction de détecteur. En particulier, le circuit extracteur du signal de synchronisation est conçu pour reconnaître la plus longue durée 30 d'entrée de niveau haut corresondant, comme indiqué, à l'un des écrans d'arrêt de la lumière. Ce signal d'entrée de la plus longue durée porte à son niveau le plus bas le signal de sortie de l'amplificateur 230 de l'intégrateur négatif. A ce moment, le transistor 234 devient brièvement conducteur, rétablissant le niveau de crête du 35 condensateur 236. De plus, le courant de collecteur résultant,

passant à travers la résistance 235 de collecteur, a pour effet de faire apparaître un signal de tension de sortie pouvant être utilisé pour déclencher l'oscilloscope 222. De cette manière, on établit un point de référence identique dans chacune des formes d'ondes successives.

En plus de déterminer la position et la dimension d'un objet par rapport aux axes de coordonnées du dispositif, une forme de réalisation de l'invention est capable de donner une approximation de la profondeur de pénétration d'un objet opaque ou, en variante, de la hauteur d'objets dont la longueur est inférieure à la profondeur du 45 champ de mesure lui-même. Ces déterminations peuvent être extrapolées de données concernant l'intensité des signaux reçus. Comme montré sur la fig. 18', les rayons lumineux individuels, qui comprennent les rayons de détermination de position indiqués précédemment, peuvent avoir une «épaisseur» ou profondeur fixe et notable 50 perpendiculairement à un plan décrit par les axes de mesure eux-mêmes. Dans la forme préférée de réalisation, cette valeur peut être de l'ordre de 7,6 à 12,7 mm, bien qu'il apparaisse que d'autres profondeurs sont possibles. La lumière qui est répartie, par exemple, par les distributeurs 40 et 32 de la fig. 1, peut avantageusement avoir 55 sensiblement la même intensité sur toute la profondeur des faisceaux résultants. De cette manière, dans le cas d'objets opaques plus larges que le faisceau lumineux particulier, l'intensité de la lumière non arrêtée, reçue par le détecteur, est en relation inverse avec la profondeur moyenne de pénétration de l'objet. Par exemple, un objet 52b, 60 introduit approximativement à mi-distance dans la région 21 de localisation, intercepte environ la moitié des rayons lumineux incidents 242 et il permet donc à la moitié restante des rayons lumineux 243 d'atteindre le détecteur. Comme montré sur la fig. 19, les signaux de sortie résultants 200b, 201b, correspondant à la partie 65 non interceptée 243 de la lumière incidente 242, possèdent un niveau correspondant réduit par rapport aux signaux de sortie 200a, 201a qui résulteraient d'un arrêt complet de la lumière, par exemple par l'objet 52d.

656 731

12

Pour utiliser une telle information de profondeur de pénétration, il est nécessaire de retenir le niveau analogique en courant continu des signaux 200 et 201. Dans le circuit représenté sur la fig. 6, ces niveaux intermédiaires sont éliminés par la bascule de Schmitt décrite précédemment. Par conséquent, dans la forme préférée de réalisation à utiliser avec une indication de profondeur de pénétration, la bascule de Schmitt est remplacée par le circuit représenté sur la fig. 20. En particulier, les inverseurs 99 et 100 sont configurés en étages amplificateurs linéaires au moyen de résistances d'entrée 98, 251 et de résistance de réaction 250, 252, respectivement. La résistance de sortie 102 est conservée, bien que la résistance 94 de dérivation soit supprimée. Le circuit linéaire résultant est monté entre les nœuds 260 et 261 de la fig. 6 à la place de la bascule de Schmitt.

Enfin, il peut être souhaitable d'utiliser des techniques connues s de l'homme de l'art pour la commande automatique de gain et la compensation de l'information linéaire de sortie, afin d'effectuer des corrections tenant compte des variations de l'énergie rayonnante émise par l'élément 28. Les faisceaux d'étalonnage indiqués précédemment, passant à l'extérieur de la région 21 de localisation corres-îo pondant aux régions décalées 210-213 de la fig. 8, peuvent être avantageusement utilisés à cet effet.

8 feuilles dessins

Claims (2)

656731 2 REVENDICATIONS

1. Appareil de localisation optique de position destiné à localiser la position d'un ou plusieurs objets (52) le long d'un ou plusieurs axes de coordonnées d'une zone définie de localisation, ainsi qu'à déterminer d'autres paramètres mesurables du ou des objets tels que leurs dimensions par rapport à un ou plusieurs axes de coordonnées, l'appareil comprenant des moyens (28) émettant de l'énergie rayonnante, des moyens (48) de détection de l'énergie rayonnante, des moyens destinés à distribuer l'énergie rayonnante émise par les moyens d'émission sur une zone de localisation, à partir d'une position située le long d'une première partie de ladite zone, des moyens collecteurs (41, 42) placés le long d'une seconde partie de la zone de localisation, sensiblement opposée à la première partie, et coopérant avec les moyens de distribution de façon à recevoir l'énergie rayonnante qu'ils distribuent et à la rediriger vers les moyens de détection, et des moyens destinés à viser sélectivement certaines parties de ladite énergie rayonnante distribuée et reçue afin de décrire les propriétés de l'énergie rayonnante qui ont été modifiées par suite de la présence de l'objet dans la zone de localisation, lesdites propriétés correspondant à la position de l'objet dans cette zone de localisation ainsi qu'à d'autres paramètres dudit objet, les moyens destinés à viser sélectivement certaines parties de l'énergie rayonnante distribuée et reçue comprenant un analyseur électronique (48) interposé sur le trajet d'émission de l'énergie rayonnante et pouvant exposer les moyens de détection d'énergie rayonnante à l'énergie rayonnante transmise à travers des parties choisies individuelles de la zone de localisation, l'appareil étant caractérisé en ce que l'analyseur électronique comprend un filtre à bandes (23) à cristaux liquides, du type à transmission, comprenant plusieurs éléments filtrants parallèles adjacents (270) qui peuvent être rendus individuellement sensiblement opaques ou sensiblement transparents par des moyens électroniques associés de commande.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément optique fixe (281) qui comprend une section transparente, sensiblement hémisphérique, et qui présente une partie conique (280) retirée de son centre et dont l'axe correspond à l'axe de la section hémisphérique, la surface conique résultante de l'élément optique présentant un poli optique de manière que l'énergie rayonnante incidente, arrivant à cet élément optique de diverses positions radiales, et réfractée et redirigée par ledit élément optique, sorte de ce dernier sensiblement suivant ledit axe, les moyens (277) de détection d'énergie rayonnante étant disposés le long de l'axe de l'élément optique afin de recevoir l'énergie rayonnante redirigée.