FR2489501A1 - Appareil de localisation optique de position - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DESTINE A LOCALISER OPTIQUEMENT LA POSITION D'UN OU PLUSIEURS OBJETS. CET APPAREIL COMPORTE UN DISPOSITIF 28 EMETTANT UNE ENERGIE RAYONNANTE, UN OU PLUSIEURS DISTRIBUTEURS 32, 40 QUI COOPERENT AVEC LE DISPOSITIF 28 AFIN DE DISTRIBUER L'ENERGIE RAYONNANTE SUR UNE ZONE 21 DE LOCALISATION DANS LAQUELLE UN OBJET 52 A LOCALISER PEUT SE TROUVER, UN OU PLUSIEURS DISPOSITIFS COLLECTEURS INTEGRES 41, 42 QUI COOPERENT AVEC LE OU LES DISPOSITIFS DISTRIBUTEURS 32, 40 AFIN DE TRANSMETTRE L'ENERGIE RAYONNANTE DISTRIBUEE ET RECUE VERS UN DISPOSITIF 48 A ANALYSEUR ET DETECTEUR QUI, EN FONCTION DE L'ENERGIE RAYONNANTE RECUE, DETERMINE LA POSITION DE L'OBJET 52, AINSI QUE D'AUTRES PARAMETRES TELS QUE LA DIMENSION DE CET OBJET 52. DOMAINE D'APPLICATION: LOCALISATION OPTIQUE D'OBJETS, ETC.

Description

L'invention concerne, d'une manière générale, un

équipement électronique de détection, et plus particuliè-

rement 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 dis-

positifs 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 no 3.184.847 et dans l'article intitulé "Let Your Pingers do the Talking", volume III n0 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 coetiçsants nécessaires

pour assembler les dispositifs en un appareil de fonc-

tionnement délicat. Le fait que l'on se repose sur prati-

quement 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 la forme de composants électro-

niques coûteux, ce qui rend peu pratiques les utilisations

et les applications des dispositifs.

D'autres essais antérieurs ont nécessité la fixa-

tion de grilles, cellules photoélectriques ou autres

accessoires spéciaux sur l'objet à localiser.

De même, la conception de la plupart des disposi-

tifs antérieurs pose souvent des difficultés en ce qui concerne la compatibilité avec des dispositifs-d'affichage

capables autrement de présenter les résultats de l'opéra-

tion 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

rétroréflecteurs et font donc apparaître de grandes dif-

ficultés 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'en-

combrement 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 objet un localisateur 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.

Le localisateur selon l'invention possède de grandes

possibilités de résolution spatiale et de résolution tem-

porelle et il est conçu pour décrire rapidement et avec précision des paramètres d'un objet situé dans sa zone ou "fenêtre" de localisation. L'appareil selon l'invention

permet également de décrire la position et d'autres para-

mètres d'objets qui ne sont normalement pas traités tels que des doigts, des plumes ou des crayons. L'appareil de localisation optique de position selon l'invention est compatible avec divers visuels d'affichage et il est

capable de décrire une information de localisation conve-

nant 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 trigonométrique.

L'invention concerne également un dispositif de localisation précise, efficace et à bon marché qui, du fait même de sa conception, convient à un très grand

nombre d'applications s'étendant de l'entrée d'informa-

tions en ordinateur (à la place des photostyles et des

claviers) aux jouets, aux commandes automatiques d'équipe-

ments industriels et à toutes autres utilisations telles que le choix de menus o une détermination automatique accélérée de paramètres d'un objet tels que la position,

la dimension et même la vitesse, est nécessaire.

L'invention doit de la même manière pouvoir être adaptée à une analyse d'un "couloir" tridimensionnel et de la position et d'autres paramètres d'un objet situé

dans cet espace tridimensionnel, par plusieurs réalisa-

tions 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 bidimensionnelle, capable de décrire une troisième dimension d'un objet dans sa zone ou fenêtre

de localisation.

Une autre forme de réalisation de l'invention

utilise des distributeurs, des collecteurs et des explo-

rateurs de visée sélective tridimensionnels.

L'invention a également pour objet de demander

un nombre minimal de sources d'émission d'énergie rayon-

nante 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 compo-

sants électroniques, décrit avec précision et rapidement

l'information paramétrique indiquée précédemment.

L'invention a également pour objet de convertir des mouvements complexes, tels que ceux des doigts humains

en action, en signaux variant dans le temps afin de per-

mettre à une personne de transmettre d'importantes quanti-

tés d'informations complexes à des machines ou d'autres personnes. Un autre objet de l'invention est de remplacer

les commutateurs.

L'invention concerne donc un appareil perfectionné de localisation optique de position destiné à localiser la

position d'un objet dans une zone ou "fenêtre" de loca-

lisation, suivant un ou plusieurs axes de coordonnées disposés dans une ou plusieurs dimensions, et destiné également à déterminer d'autres paramètres mesurables de cet objet localisé, tels que sa dimension, son opacité,

sa composition ou son vecteur vitesse.

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 au ou aux distributeurs res-

pectivement, 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 indi-

cations 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 détecteur 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 locali-

sation, ainsi que d'autres paramètres de l'objet.

Les dispositifs distributeurs, les dispositifs collecteurs et le dispositif de visée sélective assurent ensemble qu'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. De plus, plusieurs distributeurs assurent ensemble la traversée de chaque partie de la zone de localisation, sur une largeur suffisante pour contenir le plus petit objet à localiser,

par au moins autant de faisceaux sécants d'émission d'é-

nergie rayonnante qu'il y a d'axes de coordonnées.

Par conséquent, l'appareil selon l'invention 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 destinées à déduire la position et/ou d'autres paramètres d'un ou plusieurs objets situés dans cette zone, à partir des modifications présentées

par l'énergie rayonnante traversant ladite zone.

Dans une forme préférée de réalisation de l'in-

vention, l'appareil comporte un coffret d'enveloppement dans lequel le dispositif d'émission d'énergie rayonnante ou la source d'énergie rayonnante, les distributeurs, les collecteurs intégrés, le dispositif de visée sélective et le dispositif de détection sont logés hermétiquement, fixement et de manière fonctionnelle. Dans cette forme de réalisation, la zone de localisation est décrite comme étant une surface sensiblement ouverte, délimitée par le coffret, de sorte que ce dernier comporte un élément de

forme sensiblement toroldale.

L'appareil est capable de fonctionner comme un appareil de localisation de position suivant un ou plusieurs

axes de coordonnées, dans une, deux ou trois dimensions.

La forme de réalisation de l'appareil capable de localiser

la position d'un objet dans une dimension comporte un dis-

positif d'émission d'énergie rayonnante, un distributeur, un collecteur intégré, un dispositif de visée sélective

et un dispositif de détection.

La forme de réalisation capable de localiser la position d'un objet suivant deux axes de coordonnées, dans deux dimensions, comporte de préférence deux distributeurs

et deux collecteurs sensiblement séparés, alignés respec-

tivement entre eux. Dans cette forme particulière de réa-

lisation utilisant deux collecteurs et deux distributeurs, une mesure de l'intensité de l'énergie rayonnante reçue et transmise au dispositif de détection peut en outre être utilisée pour décrire une information concernant, par

exemple, la hauteur d'un objet afin de produire une infor-

mation dans trois dimensions tout en utilisant des dispo-

sitifs de distribution de collecte et de visée sélective

seulement dans deux dimensions.

En variante, une forme de réalisation de l'appareil est en outre conçue pour décrire et analyser des objets dans une zone de localisation tridimensionnelle, par

l'utilisation de dispositifs de localisation à deux di-

mensions "superposés", afin d'obtenir une possibilité de localisation suivant un troisième axe de coordonnées dans

un "couloir" spatial tridimensionnel.

Dans une forme préférée de réalisation de l'in-

vention, 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 dispo-

sitif d'émission d'énergie rayonnante est associé à un dispositif rotatif de visée sélective et de projection pour transmettre un faisceau lumineux qui se déplace en continu le long du dispositif de distribution, puis qui parcourt la zone de localisation, se déplace le long des coordonnées de localisation et se déplace ensuite le long du collecteur correspondant, en fonction du temps. Dans cette forme particulière de réalisation, le dispositif de détection comprend également un élément photosensible et unique qui coopère directement avec le collecteur duquel l'énergie rayonnante est dirigée afin de converger vers la cellule photosensible. La cellule de détection coopère avec un dispositif de traitement de signaux qui, en fonction du temps, décrit des transmissions de lumière modifiées ou bloquées pour indiquer, par suite, la position d'un objet dans la plage de localisation. Le

dispositif d'émission de rayons peut comprend avantageu-

sement un laser.

Dans une autre forme de réalisation, la source

d'énergie rayonnante comprend plusieurs sources indivi-

duelles de lumière, 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 une diode luminescente placée derrière une série de déflecteurs et/ou d'autres éléments optiques qui créent un faisceau sensiblement parallèle s'étendant en travers de la zone de localisation, vers un dispositif collecteur aligné sur lui. En outre, dans cette forme de réalisation, le dispositif de détection comprend un ou

deux éléments photosensibles qui coopèrent avec le dispo-

sitif collecteur, aligné en face de la rangée de diodes

électroluminescentes. Les moyens grâce auxquels le dispo-

sitif de détection vise sélectivement certaines parties des émissions d'énergie rayonnante distribuées et reçues, à savoir l'énergie rayonnante provenant de chacune des diodes électroluminescentes, consistent à commander par

impulsions successives chacune des diodes électrolumines-

centes, en séquence, le dispositif de détection coopérant avec le dispositif de traitement de signaux pour décrire des propriétés de transmission de lumière modifiée ou bloquée pour, par suite, décrire la position ou d'autres

paramètres d'un objet dans la plage de localisation.

Dans une forme préférée de réalisation de l'in-

vention, le dispositif d'émission d'énergie rayonnante comprend une source de lumière continue et sensiblement fixe et il comporte plusieurs écrans qui interceptent et absorbent les rayons dirigés vers des positions autres

que celles situées le long des distributeurs respectifs.

Dans cette forme particulière de réalisation, le disposi-

tif de détection est associé à un dispositif de visée sélective qui comprend un explorateur ou analyseur rotatif destiné à analyser sélectivement certaines parties de 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 pro-

portionnel à la quantité d'énergie rayonnante mesurée,

l'énergie rayonnante étant modifiée à un degré juste mesu-

rable par tout objet bloquant l'énergie rayonnante distri-

buée sur l'étendue de la zone de localisation.

Dans cette forme préférée de réalisation, l'ana-

lyseur et le détecteur associés comportent des écrans absorbant l'énergie rayonnante qui n'est pas transmise du collecteur intégré respectif vers le détecteur et servant de points de référence (indices de synchronisation) pour le signal. L'analyseur et le détecteur comprennent un moteur couplé de manière à faire tourner un élément optique. Un masque à fente est fixé à l'élément optique

et tourne avec lui, ce masque présentant une fente dimen-

sionnée pour décrire la "partie" d'énergie rayonnante transmise et détectée à un instant donné de la rotation de l'ensemble analyseurdétecteur, cette partie ayant parcouru la zone de localisation sur l'étendue d'environ une seule coordonnée de position. L'ensemble à analyseur et détecteur comprend en outre un détecteur fixe placé

en alignement avec l'élément optique et le masque à fente.

L'énergie rayonnante est ainsi transmise du collecteur intégré correspondant à la surface fixe de l'élément de détection, à savoir une diode photosensible, en passant par l'élément optique dans lequel elle subit

une réfraction en passant à travers le masque à fente.

L'élément optique rotatif et le masque permettent à l'en-

semble à analyseur d'explorer ou d'analyser, position par position, suivant un axe de coordonnées, des émissions d'une plage de localisation décrites par un collecteur intégré correspondant et, par conséquent, de réaliser une exploration ou une analyse sur les axes de coordonnées restants des émissions de la plage de localisation décrites par les collecteurs restants, d'une manière successive et répétitive. L'élément optique peut comprendre une sphère optique coupée par un plan oblique de réfraction-de manière à réfracter convenablement l'énergie rayonnante vers et

à travers le masque à fente, et, par suite, sur le détec-

teur fixe qui, dans la forme préférée de réalisation,

est une cellule photosensible au silicium.

D'une manière plus générale, l'élément optique peut être une ellipsoïde biradiale, présentant un rayon

horizontal et une largeur de fente qui établissent en-

semble la largeur de visée, ainsi qu'un rayon vertical et une hauteur de fente qui établissent ensemble la hauteur

de visée.

Bien que les éléments de blocage soient utilisés avec le dispositif d'émission d'énergie rayonnante dans

la forme de réalisation décrite ci-dessus, afin d'inter-

cepter et d'absorber un rayonnement dirigé vers des posi-

tions autres que celles se trouvant le long du distribu-

teur, des moyens de blocage équivalents ou des écrans sont utilisés avec l'ensemble analyseur-détecteur, comme mentionné précédemment, au 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.

Dans cette forme préférée de réalisation et de même que précédemment, l'ensemble analyseur-détecteur peut être relié fonctionnellement, par l'intermédiaire du

dispositif de traitement de signaux, à un dispositif d'af-

fichage visuel donnant une interprétation visuelle de

l'énergie rayonnante analysée et détectée par cet ensemble.

En outre, le moteur de cet ensemble analyseur-

détecteur est relié par un circuit électrique au dispositif d'émission d'énergie rayonnante ainsi qu'au dispositif de détection et à un amplificateur. Dans ce circuit, le moteur comprend en outre un condensateur monté en parallèle avec lui, afin de réduire les parasites du collecteur du moteur,

ce dernier est en outre connecté à des résistances chu-

trices qui établissent-une vitesse de rotation souhaitable pour le moteur, la résolution temporelle étant en relation inverse avec la vitesse de rotation. L'amplificateur est

relié fonctionnellement au dispositif de détection de l'en-

semble à analyseur et détecteur.

L'amplificateur de ce circuit réagit à l'intensité du courant passant par le dispositif de détection qui 1 1

comprend avantageusement une diode photosensible fonction-

nant en mode de polarisation inverse. L'amplificateur lui-

même comprend en outre un premier élément d'amplification

de tension, comportant un élément de suppression de para-

sites, afin de convertir le courant variable de la diode photosensible en un signal de tension variable. Un second

élément d'amplification de tension est relié par un cou-

plage capacitif au premier élément d'amplification de tension et est luimême connecté à un rétablisseur de courant continu et à une bascule de Schmitt pour quantifier le signal résultant en un chiffre binaire, ce qui supprime

les parasites. Dans cette forme de réalisation selon l'in-

vention dans laquelle l'intensité du signal est mesurée,

la bascule de Schmitt peut être remplacée par un amplifi-

cateur tampon.

De plus, un dispositif d'interprétation visuelle de l'énergie rayonnante analysée et détectée, transmise par le dispositif de traitement de signaux, comprend un visuel à tube à rayons cathodiques, tel qu'un oscilloscope

ou autre appareil équivalent.

Dans une forme de réalisation de l'appareil selon

l'invention, des filtres d'énergie rayonnante sont super-

posés entre le dispositif de distribution et le dispositif collecteur afin d'éliminer pratiquement toute l'énergie rayonnante n'ayant pas les longueurs d'onde traversées par le filtre, de manière à réduire les rayonnements parasites internes et externes. Dans une telle forme de réalisation, le dispositif de filtrage comprend un filtre laissant

passer les infrarouges, intercalé entre la zone de locali-

sation et l'appareil de localisation de position.

Le dispositif de distribution est de préférence capable de distribuer de l'énergie rayonnante dans des

positions situées en avant et au-delà de sa partie res-

pective de la plage de localisation, afin de décrire une trajectoire initiale et finale d'énergie rayonnante ne pouvant être altérée ou interrompue par des objets, quelle

que puisse être leur position dans la plage de localisa-

tion. Ceci spécifie, par suite, des points de référence qui facilitent l'analyse de l'énergie rayonnante détectée sur cette partie de la plage et interrompue par un objet localisé, ces points de référence évitant en outre toute confusion entre un objet placé aux extrémités de la plage

de localisation et une partie des écrans associés à l'en-

semble analyseur-détecteur.

En outre, dans la forme préférée de réalisation de l'invention, le dispositif distributeur comporte un

miroir à échelons en gradins destiné à recevoir le rayon-

nement 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 uti-

lise 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) est conçu pour établir une relation sensi-

blement linéaire entre la coordonnée de position et l'angle

de rotation de l'analyseur. L'ensemble à échelons en gra-

dins 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'inten-

sité 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 localistion. L'ensemble à échelons en gradins se prête

de nouveau, lui-même, à l'établissement d'une telle rela-

tion, car les diverses facettes réfléchissantes peuvent

présenter des aires de réflexion utile différentes.

L'aire de réflection 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 prati-

quement les ombres, les facettes devenant des parallélo-

grammes. Dans le cas de zones de localisation plus grandes, les faces individuelles des miroirs à échelons en gradins peuvent être des surfaces de focalisation configurées

afin d'assurer une transmission maximale du rayonnement.

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 les-

quelles les ensembles à collecteurs et distributeurs comportent des sections paraboliques, bien que des

problèmes de dimensions et de co ts 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 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 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 com-

pense l'intensité lumineuse moins constante ainsi que

la nécessité d'utiliser un programme de conversion trig nométrique 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 pro-

fondeur de 35,36 mm à une profondeur de 20,70 mm.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 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 analyseur et détec-

teur 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 figure 2 est une vue schématique en perspec-

tive de dessus de l'ensemble à analyseur et détecteur de la forme de réalisation représentée sur la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus de l'élément optique de l'ensemble à analyseur et détecteur; la figure 4 est une élévation de l'élément optique représenté sur la figure 3; la figure 5 est un schéma d'un circuit et des composants utilisés dans l'analyseur de la forme de réalisation de la figure 1;

la figure 6 est un schéma du circuit de l'ampli-

ficateur montré sur la figure 5; la figure 7 est un diagramme de l'affichage de sortie sur lequel la zone de localisation est vide ou libre de. tout obstacle; la figure 8 est un diagramme de l'affichage de sortie sur lequel un objet se trouve dans la plage de localisation; la figure 9 est un diagramme de l'affichage de sortie montrant le signal de sortie avant la mise en circuit du rétablisseur de courant continu; la figure 10 est un diagramme montrant l'affichage de sortie après la mise en circuit du rétablisseur de courant continu; la figure 11 est une vue de dessus d'une forme de réalisation d'un miroir à échelons en gradins; la figure 12 est une vue de dessus d'une seconde forme de réalisation d'un miroir à échelons en gradins; et la figure 13 est une vue de dessus d'une autre forme de réalisation de l'appareil d'analyse optique selon l'invention, dans lequel des collecteurs intégrés sont utilisés avec plusieurs sources de lumière qui servent

simultanément de distributeurs.

L'appareil 20 de localisation optique de position, montré sur la figure 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 fais-

ceaux 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 diver-

* gents 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 figures 7 à 10.

Il convient de noter que les surfaces réfléchis-

santes sont situées à des emplacements 50 et 51 sur les

distributeurs 32 et 40, aux extrémités B et A respecti-

vement, et à des emplacements 45 et 44 du dispositif 40, afin de transmettre et de répartir des faisceaux d'énergie rayonnante sur des parties de la "fenêtre" précédant et suivant la zone réelle de localisation dans laquelle un objet peut se déplacer. 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 fais-

ceau par le bord réel 24 d'un filtre 23 permettant le passage des rayonnements rouges et infrarouges, ce faisceau

étant sensiblement collecté et reçu par une surface réflé-

chissante 47 afin d'être 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 le faisceau ainsi transmis, le signal résultant de la présence d'un objet dans la zone de localisation, comme montré sur la figure 8, ne peut être confondu avec la représentation affichée des écrans, de sorte que tout blocage des rayons lumineux par un objet reste séparé par un intervalle qui, bien qu'étant minimal, subsiste, comme indiqué en 124 sur

la figure 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 respec-

tifs 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 figure 8, montre un objet 52

situé à une distance Y1 par rapport à la distance tempo-

relle radiale de l'écran 18.

Bien que la disposition des distributeurs et des collecteurs de la forme de réalisation de la figure 1 soit sensiblement orthogonale, l'appareil peut utiliser, de manière équivalente, des réseaux de faisceaux de

balayage non orthogonaux ou inclinés. Le filtre 23 permet-

tant 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 infra-

rouges à travers la plage de localisation de positions,

et afin également d'empêcher tous les rayonnements para-

sites non rouges et non infrarouges de pénétrer de l'ex-

térieur de l'appareil, de sorte que cette lumière parasite ne peut bouleverser le fonctionnement de l'appareil. Le filtre ferme ainsi hermétiquement le coffret sensiblement

toroldal. D'autres moyens de filtrage de l'énergie rayon-

nante peuvent être utilisés de manière équivalente, y compris une fenêtre passe-tout (transparente). De plus, des ensembles réfléchissants sans gradins peuvent être

utilisés, bien qu'ils puissent exiger des formes réflé-

chissantes curvilignes sensiblement profondes qui accrois-

sent 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. Chacun de ces miroirs, qu'il soit utilisé comme distributeur ou comme collecteur, présente, à sa grande extrémité A et à sa petite extrémité B, respectivement, des surfaces

réfléchies qui permettent une réflexion et une trans-

mission de l'énergie rayonnante à l'extérieur des parties pouvant être "bloquées" de la fenêtre 21 de la zone de localisation. En variante, des éléments réfringents tels que des lentilles ou des lentilles du type de Fresnel, ou encore des éléments réfringents-réfléchissants tels qu'un prisme réfléchissant, peuvent être utilisés à la place des distributeurs 32 et 40 et/ou des collecteurs 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.

L'analyseur optique 48 est montré sur la figure 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 déflecteur 61 à masque, fixé

à l'élément optique 56-57 afin de tourner avec lui, pré-

sente 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 figures 1 et 2, l'analyseur

48 tourne de manière à recevoir l'énergie rayonnante pro-

venant de collecteurs tels que le collecteur 41, bien que seule une partie des faisceaux transmis puisse atteindre un détecteur-60, de préférence une diode photosensible

au silicium, cette partie étant limitée par la fente 62.

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, puis l'absence de lumière est affichée par suite de la visée de l'écran 19 de l'analyseur. L'analyseur revoit ensuite la lumière réfléchie de la rangée de collecteurs 42, ce qui est suivi de l'absence de lumière due à la présence de l'écran 18, et ainsi de suite. Les écrans 18 et 19 sont

de préférence noirs et opaques afin d'absorber plus effi-

cacement les rayons indésirables. La cellule photosensible au silicium est maintenue en position fixe au-dessus

du masque rotatif 61.

L'élément optique 56-57 comprend une sphère optiquement transparente, réalisée, dans ce cas, en

matière acrylique, et découpée en deux hémisphères.

L'hémisphère inférieur 56 est utilisé uniquement 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 figure 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'entretoisement, situés sur la surface

arrière plane 57a, est de 1,0.

La figure 3 montre le dispositif optique avant que la partie supérieure 68 a été retirée, et les figures 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 2C i-:farouges 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 con'7-een-_ " frontale de l'hémisphère 57 étant d'environ 7,6 mm, un faisceau lumineux d'environ 7,6 mm de large^ur, provenant du filament de la lampe 28 (du type G.E. n0 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 figure 5, l'énergie d'entrée appliquée aux bornes +V et OV est sous la forme d'un courant continu sous tension de 12 volts,

d'une intensité nominale de 0,35 ampères, 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 conden- sateur 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 suffi-

samment 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 approprié 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 quantifie 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 figure 1, peut être du type "MABUCHI RF-51OT12620" ayant une

vitesse nominale de rotation de 2.400 tours par minute.

Un capteur photosensible 76 est connecté à un ensemble

amplificateur 77.

L'amplificateur 77 représenté sur la figure 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 OV et la broche 14 de l'inverseur 74C04 est connectée à 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 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 première partie de l'amplifica-

teur 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 maintient également la tension de polarisation 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 micro-

farads, montés dos à dos ou, en variante, par un conden-

sateur non polarisé de 10 microfarads. Un second ampli-

ficateur opérationnel 91 est connecté à une résistance 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 kilohms,à un amplificateur opérationnel 92 et à une diode 97 <1N914). L'amplificateur opérationnel 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 rétablisseur de courant continu. Le 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 amplifica-

teurs 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.

Une 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 rétablisseur de courant continu. La résistance 101 établit l'hystérésis avec la résistance 98 de 220 kilohms qui affécte 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'a-

limentation. La diode 81 assure une protection contre les détériorations dues à une inversion accidentelle de la -- rité, et elle peut en outre assumer la fonction de redresseur dans des formes de réalisation aliLentées,

courant alternatif.

Dans le circuit représenté sur la figure 6, la cellule photosensible 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 figure 1 est dirigé ou focalisé sur les écrans 18 et 19, le rétablisseur 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 pola-

risation 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 figure 7. Lorsque l'analyseur parcourt la plage sans obstacle, sous la lumière directe ou réfléchie de la lampe 28, le niveau du signal de la cellule photosensible oscille de façon relativement négative. Le signal de sortie proche des condensateurs 87 et 88 devient relativement positif et le signal de sortzie du condensateur 95 devient relativement négatif. Le signal de sortie du rétablisseur de courant continu devient donc négatif au niveau nominal Vcc du rétablisseur. 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 1o (valeur de tension minimale, position de base) de sortie, comme montré sur la figure 7. Dans le cas o un objet tel que l'objet 52 apparaît et absorbe ou bloque le rayonnement pendant une partie de l'analyse, comme montré sur la figure i o un faisceau 14 de rayons est bloqué, sur cette partie de l'analyse, la cellule photosensible revient alors à son niveau de "noir" (absence de courant); le signal de sortie du premier étage d'amplification devient relativement négatif; le signal -de sortie du deuxième étage d'aniplification devient relativement positif; et le rétablisseur de signaux revient à la ligne de b&a, oc montré sur la figure 7, le signal de sortie passant dans sa première position logique (position de sortie maximale)

comme montré en 52 sur la figure 8.

Par conséquent, la figure 7 montre les positions

des écrans 18 et 19 lorsqu'aucun objet ne gêne la distri-

bution de l'énergie rayonnante sur la zone de localisation.

Les parties 113 et 111 d'écran de la figure 7 sont simple-

ment 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 cellule photosensible 60, est indiquée par la variable X (115) et par la variable Y (114) respectivement. Sur la figure 8, un objet 52 est représenté à une distance Y1 le long de l'axe Y de coordonnée et à une distance Xl le long de l'axe X de coordonnée, et cette figure montre des espaces vides 122 à 124 qui correspondent à la transmission de la lumière qui n'est pas interrompue par un objet, cette lumière passant en avant et en arrière des positions pouvant être réellement "bloquées" dans la

fenêtre 21 de la zone de localisation.

Comme montré sur la figure 8, une analyse complète AC est représentée dans les plages X et Y, respectivement, et la relation entre la position dans la plage et l'angle de rotation de l'analyseur est une fonction constante pouvant être dérivée géométriquement. Connaissant ceci, on peut interpréter le signal de sortie pour déterminer la position d'un objet le long de Xl et Y1 (c'est-à-dire

la position de l'objet le long de ces deux axes de coor-

données) ainsi que la dimension de l'objet qui peut être déterminée par delta X et delta Y, à savoir l'épaisseur de la représentation de l'objet 52 dans la fenêtre 21 de la zone de localisation. Plutôt que d'afficher simplement les paramètres "appris" de l'objet dans la fenêtre, le signal de sortie de l'appareil d'analyse peut être transmis à d'autres dispositifs pour être utilisé par ces derniers, par exemple des servomoteurs à commande électrique. Sur les figures 7 et 8, les degrés d'analyse sont indiqués

en DA.

La figure 9 montre le signal de sortie avant qu'il soit soumis à l'action du rétablisseur de courant

continu. La figure 10montre le signal de sortie du dis-

positif après qu'il a été traité par le rétablisseur de courant continu, les niveaux c et d correspondant aux niveaux de la bascule de Schmitt. Sur la figure 10, le niveau logique 1 (sortie maximale) est montré à Vcc/2, et les positions d'un objet, représentées par des "obstacles" 144 et 145, apparaissent à des distances distinctes 149 et 147, respectivement, dans les dimensions X et Y. La figure 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 figure 11, on relève les relations angulaires suivantes: tous les angles bêta sont alpha 1. 2. 3. 4.

5.

6. 7. 8. 9.

10.

deg. La min. l figure alpha 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. deg. min. 12 représente un gradins à 18 facettes dont les 9,52 mm. Sur la figure 12, les tous les angles bêta alpha deg. min. alpha

1. 16 56 7.

2. 20 56 8.

3. 24 05 9.

4. 26 42 10.

5. 28 58 11.

6. 30 57 12.

Il convient de celles indiquées en 191 sur la figure 12 peuvent incurvées, comme représs deg. noter crête angle sont min.

égaux à 90 .

alpha deg. min.

21. 41 10

22. 41 50

23. 42 30

24. 43 15

25. 43 55

26. 44 35

27. 45 20

28. 46 00

29. 46 40

miroir es sont es sont égaux à alpha 13. 14. 15. 16. 17. 18. 151 à échelons en espacées de les suivants: 0. deg. min. que les facettes telles que sur la figure 11 ou en 155 et 156 L être sensiblement planes ou enté en traits mixtes, afin de focaliser la lumière qu'elles réfléchissent. De plus, le

nombre de surfaces utilisées dans une application par-

ticulière 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 figure 11 rend possible

un affichage de sortie linéaire en raison de la possibi-

lité, 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. En ce qui concerne la résolution, il est nécessaire d'établir un pas d'espacement des 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.

Dans le cas de miroirs moins profonds que celui montré sur la figure 11, par exemple comme montré sur la figure 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.

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 supprimé. Le masque 61 est inutile.

Le détecteur 60 est un détecteur d'images linéaires CCD110

de la firme Fairchild Semiconductor, ou un élément équiva-

lent et il forme, en combinaison 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 positions le long du trajet de transmission de l'énergie rayonnante. Par exemple, au lieu d'utiliser un ensemble "analyseur-détecteur" tournant, comme décrit précédemment, on peut utiliser un détecteur fixe avec un analyseur- émetteur-projecteur. Comme montré sur la figure 2, dans la forme de réalisation analyseur-émetteur, la cellule photosensible 60 utilisée précédemment devient une source

de lumière, les éléments 61, 62 et 53-57 étant identi-

ques à ceux décrits précédemment.

L'ensemble 48 à analyseur-émetteur peut remplacer l'ensemble (48) à analyseur-détecteur entre les rangées 41 et 42 afin de transmettre l'énergie rayonnante à travers

la "fenêtre" 21, dans une direction opposée à celle indi-

quée par les flèches sur la figure 1. Les transmissions et/ou modifications de l'énergie ainsi transmise sont captées par un ensemble photosensible fixe 28 situé à

l'intérieur d'écrans 27 et 29. Dans cette forme de réalisa-

tion, 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 trans- ducteurs céramiques piézo-électriques, peuvent être inter-

posés, dans des positions appropriées le long du trajet de transmission de l'énergie rayonnante, afin de permettre une visée sélective des émissions d'énergie rayonnante transmise.

La figure 13 représente une autre forme de réali-

sation de l'appareil dans laquelle plusieurs diodes électro-

luminescentes sont disposées dans chacune des deux dimen-

sions, telles que lés diodes électroluminescentes 163, 168,

afin d'assumer simultanément la fonction d'éléments d'émis-

sion d'énergie rayonnante et d'éléments de distribution.

Des rangées 161 et 162 de collecteurs intégrés servent de façon équivalente à réfléchir la lumière transmise (ou l'absence de lumière) vers le dispositif 182 de détection qui est constitué de cellules photosensibles 183 et 184 montées dos à dos. Des cadres 181 de repères, pouvant être des macro-volets ou des micro-volets et entourant totalement la zone-186 de localisation, servent à limiter la lumière

émise en faisceaux parallèles.

Pour viser ou analyser sélectivement certaines parties de l'énergie rayonnante et pour établir un système

de référence par rapport auquel l'un des faisceaux prove-

nant des diodes électroluminescentes est bloqué, dans le cas o un objet apparaît dans la fenêtre 186, les diodes électroluminescentes sont ellesmêmes alimentées sous une forme pulsée, les unes à la suite des autres et à une fréquence souhaitée, afin de produire un signal temporel de balayage analogue à celui de la forme de réalisation de la figure 1. Grâce à cette technique, seuls un ou deux dispositifs à cellules photosensibles sont nécessaires pour "interpréter" les caractéristiques de transmission et de modification résultant de la position d'un objet

dans la zone 186 de localisation.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (29)

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, ainsi qu'à déterminer d'autres paramètres mesurables du ou des

objets, tels que la dimension, cet appareil étant carac-

térisé en ce qu'il comporte un dispositif (28) d'émission

d'énergie rayonnante, un ou plusieurs dispositifs distri-

buteurs (32, 40) qui coopèrent avec le dispositif d'émis-

sion d'énergie rayonnante afin de distribuer l'énergie rayonnante émise par ce dispositif sur une zone (21) de localisation, à partir d'une position située le long d'une

partie de ladite zone, un ou plusieurs dispositifs col-

lecteurs intégrés (41, 42) disposés le long d'une seconde partie de ladite zone, sensiblement opposée à ladite

première partie, et coopérant avec l'un du ou des dispo-

sitifs distributeurs, respectivement, afin de recevoir et transmettre l'énergie rayonnante distribuée sur ladite zone de localisation vers un dispositif de détection, un dispositif de sortie de signaux relié fonctionnellement au dispositif de détection, et un dispositif (48) destiné à viser sélectivement certaines parties du dispositif d'émission d'énergie rayonnante distribuée et reçue pour décrire des propriétés de ladite énergie rayonnante qui ont été modifiées par suite de la présence dudit objet

localisé dans ladite zone de localisation afin de déter-

miner, par la suite, la position dudit objet dans la zone de localisation, ainsi que lesdits autres paramètres de

cet objet.

2. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les dispositifs d'émission de rayonnement, les dispositifs distributeurs, les dispositifs collecteurs intégrés et les dispositifs de détection sont positionnés dans un coffret fermé (20a), ladite zone de localisation comprenant une aire sensiblement ajourée délimitée par ce coffret.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'émission d'énergie

rayonnante, un dispositif distributeur, un dispositif col-

lecteur intégré et un dispositif de détection pour déter-

miner la position et/ou d'autres paramètres d'un ou plu-

sieurs objets le long d'un axe de coordonnées dans une dimension.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux dispositifs distributeurs (32,40)

sensiblement séparés et deux dispositifs collecteurs inté-

grés (41, 42) sensiblement séparés, alignés respectivement avec les deux dispositifs distributeurs afin de localiser le ou les objets, ainsi que d'autres paramètres du ou des

objets dans deux dimensions.

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé

en ce que l'énergie rayonnante émise par ledit dispo-

sitif d'émission d'énergie rayonnante et distribuée sur ladite zone de localisation pour être collectée et détectée est optimisée pour décrire non seulement la position et la dimension d'un objet suivant lesdites deux dimensions, mais également pour décrire la hauteur d'un objet en fonction de l'intensité déterminée d'après l'énergie rayonnante reçue par ledit dispositif de détection, l'appareil pouvant notamment comprendre plusieurs dispositifs distributeurs

et collecteurs intégrés bi-dimensionnels, alignés et su-

perposés, afin de localiser un ou plusieurs objets, ainsi

que d'autres paramètres du ou des objets dans trois di-

mensions.

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie rayonnante comprend de la lumière

électromagnétique non polarisée.

7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif destiné à viser sélectivement une partie de l'énergie rayonnante comprend un ensemble à analyseur-émetteur (48) de projection de lumière qui tourne par rapport aux dispositifs distributeurs afin de

transmettre sélectivement la lumière à différentes posi-

tions -sur ladite zone de localisation, ledit dispositif de détection pouvant notamment comprendre des éléments à cellules photoélectriques destinés à coopérer avec les dispositifs distributeurs et collecteurs utilisés dans

l'appareil, les éléments à cellules photoélectriques pou-

vant produire des réponses électriques aux émissions d'é-

nergie rayonnante afin de décrire des propriétés modifiées

de la lumière transmise pour indiquer, par suite, la po-

sition du ou des objets dans ladite zone de localisation,

en fonction du temps, lorsque l'ensemble (48) à analyseur-

émetteur tourne.

8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'émission d'énergie rayonnante comprend plusieurs sources de lumière espacées le long de ladite première partie de la zone de localisation pour constituer en outre les dispositifs distributeurs, chacune desdites sources de lumière pouvant notamment comprendre une diode électroluminescente (163-168), le dispositif de

détection pouvant notamment comprendre une cellule photo-

sensible unique (60) qui coopère avec les dispositifs

collecteurs sur toute l'étendue desdites diodes électro-

luminescentes, ledit dispositif destiné à viser sélective-

ment certaines parties des émissions d'énergie rayonnante distribuée et reçue utilisant des impulsions appliquées à chacune des diodes électroluminescentes, le dispositif de détection pouvant produire des réponses électriques en fonction de l'énergie rayonnante émise par lesdites diodes électroluminescentes afin de décrire des propriétés modifiées de la lumière transmise pour indiquer, par suite, la position d'un objet dans ladite zone de localisation,

en fonction du temps alors que lesdites diodes électro-

luminescentes reçoivent des impulsions.

9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif destiné à viser sélectivement des parties de l'énergie rayonnante comprend un analyseur (48) qui tourne par rapport aux dispositifs collecteurs intégrés afin de transmettre sélectivement la lumière de différentes

positions de la zone de localisation vers lesdits disposi-

tifs détecteurs, ledit dispositif d'émission d'énergie

rayonnante pouvant notamment comprendre une source sensi-

blement fixe (28) de lumière, émettant en continu.

10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'analyseur comprend des écrans (18, 19) destinés à absorber l'énergie rayonnante qui n'est pas émise par

des dispositifs collecteurs intégrés respectifs, un dispo-

sitif moteur (53, 54) relié fonctionnellement à un élément optique (56, 57) pour le faire tourner, un masque perforé (61) qui coopère avec l'élément optique, ce masque perforé présentant une ouverture dimensionnée (62) afin de décrire la partie de l'énergie rayonnante transmise, détectée en

un point, pendant la rotation dudit analyseur, le dispo-

sitif détecteur étant placé fonctionnellement en alignement avec ledit élément optique et le masque perforé, l'énergie

rayonnante émise par le dispositif collecteur intégré péné-

trant dans l'élément optique, étant réfractée à travers le masque perforé et, par suite, vers la surface du dispositif

de détection, l'élément optique rotatif et le masque per-

mettant à l'analyseur d'explorer partie par partie, sur un axe de coordonnées, de la zone de localisation décrite par un collecteur intégré correspondant puis, ensuite, d'explorer chacun des autres axes de coordonnées décrits par le ou les dispositifs collecteurs restants, de manière

répétitive et en suivant, l'élément optique pouvant notam-

ment comprendre une sphère dans laquelle est réalisée par

coupe un plan sensiblement oblique afin de réfracter l'é-

nergie rayonnante dans et à travers le masque perforé, ledit dispositif de détection pouvant notamment comprendre

une cellule photosensible (60) au silicium.

11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source de lumière comprend des éléments

(27, 29) de blocage qui interceptent et absorbent le rayon-

nement dirigé vers des positions autres que celles situées

le long des dispositifs distributeurs.

12. Appareil selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que le dispositif moteur est relié au disposi-

tif d'émission d'énergie rayonnante, au dispositif détec-

teur et à un dispositif amplificateur (77) dans un circuit électrique, le dispositif moteur (75) comprenant en outre un condensateur (74) monté en parallèle avec lui afin de

réduire les bruits du collecteur du moteur, et ce dispo-

sitif étant connecté à un élément à résistance (72, 73) afin de réduire la tension pour établir ainsi une vitesse de rotation souhaitée du dispositif moteur, ce dernier

étant en outre monté en parallèle avec le dispositif ampli-

f icateur qui est lui-mêoe connecté fonctionnellement au dispositif détec-

teur (76), ledit dispositif amplificateur pouvant notamment réagir à l'intensité du courant parcourant le dispositif détecteur, ce dernier comprenant une diode photosensible, le circuit du dispositif amplificateur pouvant comporter, en outre, un élément (85) d'amplification et un élément (84) de suppression de parasites, convertissant le courant variable de la diode photosensible en un signal de tension, un rétablisseur de courant continu (92, 93, 96, 97) étant connecté à l'élément d'amplification afin de rétablir le niveau de courant continu du signal, et une bascule de Schmitt (98-101) étant destinée à quantifier le signal

afin d'éliminer les parasites.

13. Appareil selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que le dispositif détecteur est relié fonction-

nellement par un dispositif de traitement de signaux à

un dispositif d'affichage visuel permettant une interpré-

tation visuelle de l'énergie rayonnante analysée et ainsi détectée, ledit dispositif permettant une interprétation visuelle de l'énergie rayonnante analysée et détectée pouvant notamment comprendre un dispositif d'affichage

visuel à tube à rayon cathodique.

14. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comporte un filtre (23) à rayonnement

interposé entre les dispositifs distributeurs et les dis-

positifs collecteurs intégrés afin d'empêcher toute inter-

férence par de la lumière et d'autres énergies rayonnantes qui ne sont pas comprises dans la bande d'énergie ou qui ne possèdent pas la longueur d'onde émise, distribuée et collectée pour la détection, ce filtre pouvant notamment comprendre un filtre laissant passer les rayonnements rouges et infrarouges et interposé entre les dispositifs

distributeurs et les dispositifs collecteurs.

15. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les dispositifs distributeurs distribuent l'énergie rayonnante en des positions extérieures à la partie correspondante de la plage de localisation, afin

de décrire un trajet initial et final de l'énergie rayon-

nante, ne pouvant être modifié ou coupé par des objets fixés dans la plage de localisation et afin, par conséquent, de décrire des points de référence qui facilitent l'analyse de l'énergie rayonnante détectée sur cette partie de la plage de localisation pouvant être modifiée par un objet localisé.

16. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'un ou plusieurs des dispositifs distributeurs com-

prennent un miroir (151 ou 187) à échelons en gradins

destiné à recevoir un rayonnement dudit dispositif d'émis-

sion d'énergie rayonnante pour le distribuer sur ladite

zone de localisation.

17. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'un ou plusieurs des dispositifs collecteurs intégrés comprennent un miroir (151 ou 187) à échelons en gradins destiné à recevoir l'énergie rayonnante. distribuée sur ladite zone de localisation, puis à la transmettre au

dispositif de détection, ce dernier étant situé sensible-

ment en un point unique.

18. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs des dispositifs distributeurs comprennent un miroir réfléchissant, non en gradins, destiné à recevoir un rayonnement dudit dispositif d'émission d'énergie rayonnante pour le distribuer sur ladite zone de localisation suivant une dimension linéaire.

19. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'un ou plusieurs des dispositifs collecteurs intégrés comprennent un miroir réfléchissant, non en gradins, destiné à recevoir l'énergie rayonnante distribuée sur ladite zone de localisation, suivant une dimension linéaire, pour la transmettre ensuite audit dispositif de détection,

ce dernier étant situé sensiblement en un point unique.

20. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'un ou plusieurs desdits dispositifs distri-

buteurs et desdits dispositifs collecteurs comprennent un miroir à échelons en gradins (151 ou 187) destiné à recevoir et réfléchir l'énergie rayonnante dans ledit appareil de localisation optique de position, le miroir à échelons en gradins comprenant plusieurs éléments à facettes destinés à transmettre des parties de l'énergie rayonnante réfléchie, suivant une relation non linéaire, pour que ledit dispositif de détection vise sélectivement ladite énergie rayonnante distribuée.

21. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'un ou plusieurs desdits dispositifs distri-

buteurs et desdits dispositifs collecteurs comprennent un miroir à échelons en gradins (151 ou 187) destiné à recevoir

et réfléchir l'énergie rayonnante à l'intérieur de l'appa-

reil de localisation optique de position, le miroir à

échelons en gradins comprenant plusieurs éléments réflé-

chissants à facettes destinés à transmettre certaines par-

ties de l'énergie rayonnante réfléchie, suivant une rela-

tion linéaire, pour que le dispositif de détection réalise la visée sélective de ladite énergie rayonnante distribuée,

ledit miroir (187) à échelons en gradins pouvant notamment com-

prendre 29 facettes réfléchissantes (191) destinées à transmettre des parties égales de l'énergie rayonnante réfléchie, en des périodes de temps égales, par rapport à la visée sélective, par le dispositif de détection, de

ladite énergie rayonnante distribuée, chacune des 29 fa-

cettes étant espacée de 5,08 mm de la facette précédente et de la facette suivante, la profondeur desdites facettes variant suivant un profil sensiblement curviligne de

41,07 à 4,34 mm.

22. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'un ou plusieurs desdits dispositifs distri-

buteurs comprennent des éléments réfringents placés le long de ladite première partie de la plage de localisation, l'énergie rayonnante étant distribuée par réfraction sur

cette plage de localisation.

23. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'un ou plusieurs desdits dispositifs collec-

teurs intégrés, disposés le long de ladite seconde partie

de la zone de localisation, comprennent des éléments réfrin-

gents, l'énergie rayonnante étant reçue et transmise par

réfraction audit dispositif de détection.

24. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le dispositif destiné à viser sélectivement

certaines parties du dispositif d'émission d'énergie rayon-

nante distribuée et reçue comprend un obturateur électro-

nique interposé sur le trajet d'émission d'énergie rayon-

nante, cet obturateur électronique exposant certaines parties de l'énergie rayonnante, comme souhaité, ledit obturateur électronique pouvant notamment comprendre un

élément d'affichage à cristaux liquides.

25. Appareil'selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le dispositif destiné à viser sélectivement certaines parties du dispositif d'émission d'énergie rayonnante distribuée et reçue comprend un obturateur mécanique interposé sur le trajet d'émission de l'énergie rayonnante, cet obturateur mécanique pouvant exposer certaines parties de ladite énergie rayonnante, comme souhaité, ledit obturateur mécanique pouvant notamment

comprendre un ensemble à ouverture commandé par un disposi-

tif de commande d'obturateur.

26. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'un ou plusieurs desdits dispositifs distri-

buteurs et desdits dispositifs collecteurs intégrés com-

prend un miroir à échelons en gradins (151 ou 187) destiné

à recevoir et réfléchir l'énergie rayonnante, un ou plu-

sieurs desdits miroirs à échelons en gradins présentant des surfaces réfléchissantes sensiblement courbes afin de maximiser la transmission du rayonnement par focalisation

de l'énergie rayonnante lorsqu'elle est réfléchie.

27. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le dispositif de détection et le dispositif

destiné à viser sélectivement certaines parties du dispo-

sitif d'émission d'énergie rayonnante distribuée et reçue sont intégrés en un seul composant qui comprend un détecteur

d'image linéaire.

28. Appareil selon la revendication 21, caracté-

risé en ce que chaque facette réfléchissante constitue un parallélogramme incliné longitudinalement, dont les côtés verticaux sont inclinés transversalement sur l'horizontale afin de supprimer les effets d'ombres indésirables lorsque l'énergie rayonnante est réfléchie dans ledit appareil de

localisation optique de position.

29. Appareil de localisation optique de position destiné à localiser la position d'un ou plusieurs objets (52) suivant deux axes de coordonnées ou plus, ainsi qu'à déterminer d'autres paramètres mesurables du ou des objets tels que la dimension, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (28) d'émission d'énergie rayonnante, un ou plusieurs dispositifs distributeurs

(32, 40) qui coopèrent avec le dispositif d'émission d'é-

nergie rayonnante pour distribuer l'énergie rayonnante émise par ce dernier sur une zone (21) de localisation, à partir d'une position située le long d'une partie de ladite zone, un ou plusieurs dispositifs collecteurs intégrés <41, 42) placés le long d'une seconde partie de la zone de localisation et coopérant avec l'un du ou des dispositifs distributeurs, respectivement, afin de recevoir et transmettre l'énergie rayonnante distribuée sur la zone

de localisation vers un dispositif de détection, un dispo-

sitif de sortie de signaux, relié fonctionnellement au dispo-

sitif de détection, et un dispositif (48) destiné à viser sélectivement des parties du dispositif d'émission d'énergie

rayonnante distribuée et reçue afin de décrire les proprié-

tés de ladite énergie rayonnante qui ont été modifiées par suite de la présence dudit objet localisé dans ladite zone de localisation de manière à déterminer, en conséquence, la position dudit objet dans cette zone de localisation

ainsi que lesdits autres paramètres dudit objet.