FR2539506A1 - Appareil de localisation optique de position - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE LOCALISATION OPTIQUE DE POSITION D'OBJET. IL COMPORTE UN ELEMENT OPTIQUE FIXE 281 COMPRENANT UNE SECTION TRANSPARENTE, SENSIBLEMENT HEMISPHERIQUE, DU CENTRE DE LAQUELLE UNE PARTIE CONIQUE 280 EST RETIREE DE FACON QUE SON AXE CORRESPONDE A L'AXE DE LA SECTION HEMISPHERIQUE. LA SURFACE CONIQUE RESULTANTE PRESENTE UN POLI OPTIQUE AFIN QUE L'ENERGIE RAYONNANTE INCIDENTE, ARRIVANT A CET ELEMENT OPTIQUE DE DIVERSES POSITIONS RADIALES, ET REFRACTEE ET REDIRIGEE PAR LEDIT ELEMENT OPTIQUE, SORTE DE CE DERNIER SENSIBLEMENT SUIVANT LEDIT AXE. DOMAINE D'APPLICATION: DETECTION OPTIQUE D'OBJETS DANS L'ESPACE.

Description

2 c*ocn 6 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 " 1 ocalisateurs" 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 O 3 184 847 et dans l'article intitulé "i Let 'Your Fingers do 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 di positifs en un appareil de fonc-

tionnement délicat L 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 O 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 pieu 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 "oul"fenêtre de localisation L'appareil selon l'invention

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

-35 "mtres 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 2 5395 Od 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 a également pour objet un explora-

teur 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 objet 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 correspondent à des incréments de déplacement angulaire, de dimensions égales,

de l'explorateur.

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 dis-

tribuée 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 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.

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 op 6 rationssétant 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.

25395 O(

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 toroidale.

L'appareil est capable de fonctionner comme un

appareil de localisation de position suivant un ou plu-

sieurs axes de coordonnées, dans une, deux ou trois dimen-

sions La forme de réalisation de l'appareil capable de localiser la position d'un objet dans une dimension comporte

un dispositif d'émission d'énergie rayonnante, un distri-

buteur, 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 Les distributeurs coopérants et les collecteurs associés sont de préférence parallèles entre eux, les deux groupes étant montés perpendiculairement entre eux pour définir un jeu de coordonnées orthogonales ou

cartésiennes, bien que d'autres alignements soient possibles.

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'appa-

reil est en outre conçue pour décrire et analyser des objets dans une zone de localisation tridimensionnelle,

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par l'utilisation de dispositifs de localisation à deux dimensions "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 dis-

positif d'émission d'énergie rayonnante est associé à un dispositif rotatif de projection 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 pré-

férence 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 par les

collecteurs qui les dirigent vers un détecteur Le dispo-

sitif de détection comprend de préférence un élément photo-

sensible 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 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, infor-

mation 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 avantageusement un laser, ou bien une optique à colonne convenable associée à une source

de lumière.

Dans une autre forme de réalisation de l'inven-

tion, la source d'énergie rayonnante comprend plusieurs sources individuelles de lumière telles que des diodes électroluminescentes ou des diodes à infrarouge, espacées le long de la première partie de la zone de localisation 2539 sod 1 pour former également, en même temps, le dispositif de

distribution Dans cette forme particulière de réalisa-

tion, chacune des sources de lumière comprend de préfé-

rence une diode électroluminescente placée derrière une série de déflecteurs et/ou d'autres éléments optiques

qui produisent un groupe de faisceaux sensiblement paral-

lèles traversant la zone de localisation Des dispositifs collecteurs sont aliqnés respectivement sur eux En outre, dans cette forme de réalisation, le dispositif de

détection peut comprendre un ou deux éléments photo-

sensibles qui coopèrent avec le dispositif collecteur de 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 lés diodes électrolumines-

centes soient allumées en continu au allumées en synchro-

nisme avec l'explorateur-détecteur.

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 dis-

tribuée sur l'étendue de la zone de localisation.

253950 d Dans zcette forme préférée de réalisation, l'analyseur et le détecteur associés comportent en outre des écrans absorbant l'énergie 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" d'énergie rayonnante transmise

et détectée à un instant donné de la rotation de l'ensem-

ble analyseur-détecteur Cet ensemble comprend de préfé-

rence un élément photodétecteur unique placé fonctionnelle-

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

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'en-

semble 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 fai-

sant 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 par-

ticulière, qui est instantanément en alignement sur l'élé-

ment 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 dé la matière de la sphère (de pré-

férence 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 ensem-

ble 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'inter-

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

tions autres que celles se trouvant le long du distribu-

teur 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 diffé-

rents, provenant de collecteurs différents, puissent être

séparés et analysés pour déterminer les paramètres dimen-

sionnels d'un objet se trouvant dans la plage de locali-

sation; 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'émis-

sion 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 tempo-

relle 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 indivi-

duels 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 indésirées

peut être arrêtée en rendant opaques les "bandes" corres-

pendantes 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 ren-

dant transparente pendant une courte période chacune des bandes successives tandis que les autres bandes sont

opaques, on réalise une "exploration" du champ de loca-

lisation. Bien que-de tels obturateurs électroniques puissent être placés en une position quelconque sur le

trajet de la lumière, dans une forme préférée-7 dè réalisa-

tion, 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 éléments, il n'est pas néces-

saire d'utiliser un élément optique tournant Par contre, des 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 consé-

quent, une configuration totalement électronique, conve-

nant idéalement à l'émission de signaux numériques de sortie, est ainsi obtenue On évite ainsi les éléments

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mécaniques de l'explorateur rotatif.

Etant donné que, dans la forme de réalisation de l'explorateur à masquezà bandes à cristaux liquides, il n'est pas nécessaire que l'élément optique tourne, d'autres procédés pour collecter les faisceaux lumineux reçus et pour les présenter au détecteur peuvent étre utilisés Bien qu'il soit possible de permettre simplement à la lumière de converger'sur un détecteur, une forme préférée de réalisation utilisé un élément optique à 1 o réfraction et réflexion comprenant une sphère claire de laquelle une partie conique est retirée pour former un-réflecteur 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.

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

premier élément d'amplification de tension destiné à con-

vertir 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 cou-

plage capacitif au premier élément d'amplification de 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'inven-

tion dans laquelle l'intensité du signal est mesurée,

la bascule de Schmitt 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'appa-

reil à analyseur-détecteur peut être connecté fonctionnel-

lement, par l'intermédiaire de moyens de traitement de signaux, à un visuel d'affichage permettant une interpré- tation 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 loca-

lisation de position peut être monté, par exemple, directe-

ment sur un moniteur de télévision de manière qu'un opé-

rateur touchant à l'écran de télévision produise simulta-

nément 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 dispositif 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 inter-

posés entre le dispositif de distribution et le dispositif collecteur afind'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 rayonne-

* ments 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 253950 d 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 Ceci

correspond donc à des points de référence destinés à faci-

liter l'analyse de l'énergie rayonnante détectée sur cette partie de la plage qui peut être interrompue par un objet localisé Ceci 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 opposi-

tion à l'énergie reçue, ainsi que d'autres paramètres

variables présents.

Dans la forme préférée de réalisation de l'in-

vention, le dispositif distributeur comporte un miroir à échelons en gradins destiné à recevoir le rayonnement du

dispositif d'émission d'énergie rayonnante pour le distri-

buer 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'éner-

gie rayonnante répartie sur la zone de localisation et à la

transmettre ensuite vers une position sensiblement ponc-

tuelle 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

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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'établisse- ment 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 réali-

sation 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'ana-

lyse 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 rela-

tive 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 con-

sidérés 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 sou-

haité et qui n'est pas masquée ou recouverte par d'autres

parties de l'ensemble à échelons et qui peut donc trans-

mettre efficacement le rayonnement vers la zone de locali-

sation 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 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 confi-

gurées afin d'assurer une transmission maximale du rayonne-

ment 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 les-

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

de dimensions et de coûts puissent apparaître.

Dans d'autres formes de réalisation, les ensem-

bles 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 exem-

ples 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 moin-

dre par suite d'une réalisation plus mince qui compense

l'intensité lumineuse moins constante ainsi que la nécessi-

té d'utiliser un programme de conversion trigonométrique du fait de la relation non linéaire entre les coordonnées

et l'angle d'analyse Les crêtes de cette forme de réali-

sation à 18 facettes sont espacées de 9,52 mm et s'éten-

dent, suivant un profil curviligne, d'une profondeur de

,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 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 figure 2 est une vue schématique en pers-

pective 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 réali-

sation 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 dé 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'affi-

chage 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; 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.

la figure 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 figure 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 locali-

sation de position;

la figure 16 représente schématiquement l'uti-

lisation d'un oscilloscope pour afficher le signal de sortie de l'appareil de localisation optique de position

la figure 17 est un schéma du circuit d'extrac-

tion de signaux de synchronisation de la figure 16; la figure 18 montre l'introduction d'un objet opaque à diverses profondeurs dans la zone de détection de l'appareil;

la figure 19 est une vue schématique de l'affi-

chage d'un signal de sortie pour diverses profondeurs de pénétration, comme montré sur la figure 18; la figure 20 est un schéma d'une variante d'une partie du circuit amplificateur de la figure 6; les figures 21 A, 21 B et 21 C 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 figure 22 est une vue partielle en plan d'une

autre forme de réalisation de l'appareil d'analyse utili-

sant des dispositifs d'analyse à masques à bande à cris-

taux liquides avec un détecteur optique; la figure 23 est une élévation d'une variante de l'élément optique montré sur la figure 22; la figure 24 est une vue partielle en perspective

du masque à bande à cristaux liquides et du circuit élec-

tronique associé; la figure 25 est une vue en plan d'une autre

forme de réalisation de l'appareil d'analysé selon l'in-

vention comportant des distributeurs et des collecteurs paraboliques continus; et la figure 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 posi- tion, 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 20 a, 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 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.

Des surfaces réfléchissantes 50, 51 et 44, 45 sont situées, respectivement, sur les distributeurs 32 et 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'emplace-

ment 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 infra-

rouges, 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 figure 8, ne peut être confondu avec la représenta-

tion affichée des écrans 18, 19 Ainsi, des-objets,même

à la périphérie de la zone de localisation 21, sont aisé-

ment distingués de l'effet des écrans, 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 Yl 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 d'empocher tous les rayonnements parasites non

rouges ou non infrarouges de pénétrer dans l'appareil.

Ceci réduit la sensibilité de l'appareil aux rayonnements parasites indésirables, et ferme hermétiquement le coffret

sensiblement toroïdal pour empe 8 her 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 ensembles réfléchissants tels que des miroirs paraboliques représentés en 282-285 sur la figure 25, sans

gradins, peuvent être utilisés Cependant, de telles con-

figurations peuvent exiger des formes réfléchissantes cur-

vilignes 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 réfrin-

gents 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 La

figure 26 illustre l'utilisation de lentilles 290 de foca-

lisation avec le distributeur 40, o 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 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 de fixation Un élément de réduction de visée 61, 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, 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 étran-

gers 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 correspon-

dant 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'hémi-

sphère inférieur 56 est utilisé pour une fonction d'équi-

librage afin de favoriser une rotation régulière du dis-

positif optique sous la commande du moteur 53 et de l'arbre 54 L'hémisphère 57 présente une surface arrière plane

57 a qui possède, de préférence, un-pâli optique La sur-

face 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 57 b en raison de l'indice nominal de réfraction de la matière utilisée (une matière acrylique ayant un indice de 1,5),zalors que l'indice de l'espace d'air maintenu par des ergots 64 et d'entretoisement, situés sur la surface arrière plane

57 a, est de 1,0.

La figure 3 montre le dispositif optique avant que la partie supérieure 68 (figure 4) ait été retirée, et les figures 3 et 4 montrent la réalisation du dispositif optique qui comprend des ergots d'ertretoisement 64 et 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'en-

semble 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 fila-

ment de la lampe 28 (du type G E N O 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 com-

prend une photodiode au silicium du type "VACTEC VTS-4085 H".

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 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 conden-

sateur est, de préférence du type à dérivation haute fré-

quence 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 sou-

haitée, tout en étant suffisamment basse pour assurer une

longue durée de vie au moteur et pour faciliter le traite-

ment 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 cer-

taines 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-51 OT12620 " ayant une vitesse nominale

de rotation de 2400 tours par minute Un capteur photo-

sensible 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 " 74 C 04 " à semiconducteur oxyde-métal à symétrie complémentaire La broche 7 de l'inverseur 74 C 04 est connectée à la ligne OV et la broche 14 de l'inverseur 74 C 04est connectée à la ligne positive, plus

* W,

Z 539506

particulièrement à la cathode d'une diode 81, de manière que l'inverseur 74 C 04 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 "TL 081 ", d'une partie d'un composant Texas Instruments "TL 084 " ou d'un amplificateur National

Semiconductor-"LM 308 " La première partie de l'amplifica-

teur 77 est un étage d'amplification de tension dans lequel une résistance 85 de 2,2 mégohims 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 ( 1 N 914) 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 connectes, 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 affecte également la sensibilité d'entrée Deux résistances 102 et 103 de 470 ohms, ainsi que des diodes 104 et 106 ( 1 N 914), 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 polarité, et elle peut en outre assumer la fonction de redresseur dans des formes de réalisation alimentées en

courant alternatif.

Dans le circuit représenté sur la figure 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 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 photodiode oscille de façon relativement négative Le signal de sortie proche descondensateurs 87 et 88 devient relativement positif et le signal de sortie 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 O volt 1 o (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 1 o un faisceau 14 de rayons est bloqué, pour cette partie dé 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 eu deuxième -étage d'amplification devient relativement positif, et le rétablisseur de signaux revient à la ligne de base Vcc/2, comme montré sur la figure 7, le signal de sortie passant dans sa première position logique (position de sortie maximale)

comme montré en 200, 201 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 photodiode 60, est indiquée par

la variable X ( 115) et par la variable Y ( 114), respec-

tivement. La figure 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 figure 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 pré-

cédemment D'autres signaux de sortie 200 et 201, de niveau logique 1, sont représentés comme étant situés dans les zones d'analyse X et Y 115 et 116, respectivement 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 rota-

tion de 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

et 201 de niveau logique 1, la position et la dimen-

sion 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, lequel décalage est la distance désignée en Xl sur la figure 8, correspond à la position du bord de l'objet interférent 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, repré-

senté par ce décalage Xl, et le déplacement linéaire cor-

respondant le long de l'axe X de la fenêtre 21 de la zone de localisation, on peut déterminer la position réelle de l'object 52 De façon similaire, la position de l'objet 52 le long de l'axe Y peut être déduite du décalage Y 1 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 figure 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 figure 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 figure 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 repré-

sentée 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 exté-

rieurement 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'interpréta-

tion, 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 figure 8, d'autres formes de réalisation permettent d'utiliser un nombre inférieur à la totalité de ces signaux possibles d'étalonnage, comme souhaité. La figure 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 rétablisseur de courant continu En particulier, le niveau

logique un de sortie 141 est représenté comme étant inf 6-

rieur 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 supé-

rieur à O V, 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'ali-

mentation.

Après que le circuit rétablisseur de courant continu a été mis en action, le niveau lôgique zéro 145 du signal résultant est proche de la tension de référence zéro, comme indiqué sur la figure 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 précédem-

ment La figure 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'informa-

tion de position souhaitée.

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 en gradins à 9,52 mm Sur min. figure alpha 11.il 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. deg. min. égaux alpha 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. à 900 deg min.

41 10

41 50

42 30

43 15

43 55

44 35

20

46 00

46 40

12 représente un miroir 151 à échelons 18 facettes dont les crêtes sont espacées de la figure 12, les angles sont les suivants: alpha 1. 2.

3.

4. 5. 6. deg Tous min. Il convie les angles bêta sont alpha deg min.

7 32 44

8 34 20

9 35 47

37 08

11 38 22

12 39 30

mnt de noter aue les: égaux alpha 13. 14. 15. 16. 17. 18.

à 90

deg min. 34

41 ' 34

42 30

43 23

44 12

00 facettes telles aue celles indiquées en 191 sur la sur la figure 12 peuvent être incurvées, comme représenté er figure 11 ou en 155 et 156 sensiblement planes ou traits mixtes, afin de focaliser la lumière qu'elles réfléchissent De plus, le

nombre de surfaces utilisées dans une application parti-

culière 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 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,

25395 04

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 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.

En ce qui concerne la résolution, il est néces-

saire 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 figures 21 A à 21 C, des zones d'ombres mineures 253 peuvent apparaître entre les zones réflectrices 254 Ces zones d'ombres peuvent résulter de l'obscurcisseent 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 consé-

quence vis-à-vis des objets ayant des dimensions notable-

ment supérieures à la largeur desdites zones d'ombre 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 réflectrice 254 a du miroir à échelons en gradins normal représenté en élévation sur la figure 21 A, il en résulte un blocage de la lumière correspondant à une zone ombrée 263 et ceci est détecté Cependant, si 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 locali-

sation, les mirois individuels peuvent être inclinés afin

2539504.

que les surfaces des facettes forment des parallélogrammes

comme représenté en élévation sur la figure 21 B En chois-

sissant 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 plusieures aires réflectrices 253 b, comme indiqué par la zone ombrée 265, même si d'autres parties de l'objet tombent

dans les zones d'ombres 254 b, par exemple une zone 266.

Cependant, une inclinaison excessive peut avoir pour résul-

tat une diminution de la précision et de la résolution, car tous les objets insérés peuvent alors intercepter deux zones adjacentes Ceci est illustré sur la figure 21 C o 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 réflé-

chie équivalente de l'inclinaison des facettes des distri-

buteurs afin que des faisceaux lumineux de section en

parallélogramme soient distribués et reçus, d'autres con-

figurations sont possibles Par exemple, il est possible de donner une inclinaison relative opposée aux facettes

du collecteur afin d'assurer un mélange supplémentaire.

Dans une autre forme de réalisation de l'inven-

tion, 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 CCD 110 de la firme Fairchild Semiconductor, ou un composant équivalent, et il forme, en combinaison avec

un circuit approprié et l'élément 57, à la fois un dispo-

sitif de visée sélective et un dispositif de détection.

Dans une autre forme de réalisation de l'inven-

tion, 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 de l'énergie rayon-

nante Par exemple, au lieu d'utiliser un ensemble "analy-

seur-détecteur" rotatif, 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 à analyseur et émetteur, la cellule photo-

sensible 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-dmetteur 48 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 indiquée par les flèches sur la figure 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 transduc-

teurs 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 figure 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 figure 24, les filtres à bandes comprennent plusieurs éléments parallès adjacents 271 à cristaux liquides, du type à transmission Ces bandes individuelles sont orientées

de manière à s'étendre en alignement optique entre le détec-

teur 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 rayon-

nante, 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 figure 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 co ts de fabri-

cation De plus, comme illustré sur les figures 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 cirduit 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 rayon-

nante d'axe x, puis du filtre correspondant 270 placé dans le champ d'axe x Cette opération peut être répétée en continu, permettant à la lumière d'une seule position relative d'axe x ou d'axe 1 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 posi-

tions dans les coordonnées x et y Des cadences d'analyse

égales au double de la fréquence sont ainsi possibles.

La figure 23 représente une forme préférée de réalisation pour une configuration à détecteur unique à utiliser avec, par-exemple, l'analyseur électronique montré sur la figure 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 opti-

que 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 450 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

sphérique 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 figure 13 représente une autre forme de réa-

lisation 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 loca-

lisation Ces diodes électroluminescentes sont indiquées sur la figure 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 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 photodétec-

teurs 183 et 184 montés dos à dos En variante, on peut utiliser la configuration de détecteurs représentée sur la figure 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 électro-

luminescentes est arrêté dans le cas o un objet apparaît dans la fenêtre 186, les diodes électroluminescentes sont

elles-mêmes alimentées par des impulsions, en ordre suc-

cessif, à une cadence souhaitée, afin de produire un signal d'étalonnage dans le temps analogue à celui de la

forme de réalisation de la figure 1 Grâce à cette techni-

que 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 néces-

saires pour "interpréter" les caractéristiques de trans-

mission et d'altération résultant de la position d'un objet

dans la zone 186 de localisation.

La figure 14 représente l'utilisation de l'appa-

reil 20 de localisation optique de position avec un moniteur

201 de télévision pour former un dispositif d'entrée d'in-

formation interactive En particulier, l'appareil 20 est monté directement sur la surface avant du moniteur 201 de manière que le bottier toroidal 20 a 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 micro-

processeur En variante, une minuterie d'intervalles programmable 203 peut être insérée entre des points A et B, indiqués sur la figure 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 inter-

active est complétée par l'application au moniteur 201 de télévision d'un signal de sortie approprié 206 produit

par le microprocesseur 202.

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 microproces-

seur 202 Dans une autre forme de réalisation, une minuterie d'intervalles -programmable 203 est intercalée La minuterie

203 d'intervalles produit des signaux de sortie correspon-

dant 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'uti-

lisation d'une minuterie d'intervalles programmable 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 réalisa-

tion, 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 micro-

processeur 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, con-

fuse ou intimidante.

Dans certaines conditions, il peut être souhai-

table 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 figure 15, une interface 220 produit un signal de

sortie sur un moniteur 201 de télévision, ce signal cor-

respondant à la localisation d'un objet intervenant 210.

Par exemple, la partie 212 de l'image de télévision cor respondant 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 figure 16 représente d'autres moyens destinés

à afficher visuellement l'information de sortie du dis-

positif de localisation optique 20 de position En parti-

culier, les signaux de sortie du dispositif, tels que ceux montrés sur la figure 5, peuvent être appliqués à l'entrée dlun 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 Ceci 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 figure 16 est montrée sur la figure 17 Le circuit comprend un intégrateur-négatif comportant un amplificateur 230,

une résistance 233 de réaction en parallèle avec un conden-

sateur 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 conden-

sateur 236 de mémorisation et une résistance de fuite 237.

Le signal de sortie est produit aux bornés;d'une résis-

tance 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 une diminution dg 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 plus long signal d'entrée de niveau haut prévu Comme montré sur la figure

8, ces signaux d'entrée de niveau haut apparaissent lors-

que la lumière est arrêtée par l'élément détecteur, par exemple l'écran 18 de la figure 1 Dans la forme préférée de réalisation, le signal d'entrée de niveau haut ayant la plus longue durée correspond au blocage de la lumière par l'un des écrans d'arrêt de la lumière, par exemple

l'écran 18 de la figure 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 supérieure 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 fois la durée d'une rotation unique De cette manière, la résistance de fuite 237 ne provoque pas une variation notable de la tension du condensateur 236 d'emmagasinage pendant 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 transis-

tor 234 assume une fonction de détecteur En particulier, le circuit extracteur du signal de synchronisation est conçu pour reconnaître la plus longue durée d'entrée de niveau haut correspondant, 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'anmplificateur 230 de l'intégrateur négatif.

A ce moment, le transistor 234 devient brièvement conduc-

teur, rétablissant le niveau de créte du 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 dimen-

sion 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 champ de mesure lui-même Ces déterminations peuvent être extrapolées de données concernant l'intensité des signaux reçus Comme montré sur la figure 18, les rayons lumineux individuels, qui comprennent les rayons de détermination de position indiqués précédemment, peuvent

avoir une "épaisseur" ou profondeur fixe et notable perpen-

diculairement 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 figure 1, peut avantageusement avoir 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'inten-

sité 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 52 b, intro-

duit 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 figure 19, les signaux de sortie résultants 200 b, 201 b, correspondant à la partie non interceptée 243 de la lumière incidente 242, possèdent un niveau correspondant réduit par rapport aux signaux de sortie 200 a, 201 a qui résulteraient d'un arrêt complet

de la lumière, par exemple par l'objet 52 d.

Pour utiliser une telle information de profon-

deur de pénétration, il est nécessaire de retenir le niveau analogique en courant continu des signaux 200 et 201 Dans le circuit représenté sur la figure 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 indica-

tion de profondeur de pénétration, la bascule de Schmitt

est remplacée par le circuit représenté sur la figure 20.

En particulier, les inverseurs 99 et 100 sont configurés en étages amplificateurs linéaires au moyen de résistances d'entrée 98, 251 et de résistances 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 noeuds 260 et 261 de la figure 6 à la place de la bascule de Schmitt. Enfin, il peut être souhaitable d'utiliser des techniques connues 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 correspondant aux régions;décalées 210-213 de la figure 8, peuvent être avantageusement utilisés à

cet effet.

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

sans sortir du cadre de l'invention.

25395 00

Claims (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) émet-

tant 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 distri-

bution de façon à recevoir l'énergie rayonnante qu'ils distribuent et à la rediriger vers les moyens de détection, et des moyens destinés à visersélectivement 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 corres-

pondant à la position de l'objet dans cette zone de locali-

sation 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 rayon-

nante transmise à travers des parties choisies individuel-

les de la zone de localisation, l'appareil étant carac-

térisé en ce que l'analyseur électronique comprend un

filtre à bandes ( 23) à cristaux liquides, du type à trans-

mission, 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 hémi-

sphérique et qui présente une partie conique ( 280) retirée de son centre et dont l'axe correspond à l'axe de la sec-

tion hémisphérique, la surface conique résultante de l'élé-

ment 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 détec-

tion d'énergie rayonnante étant disposés le long de l'axe de l'élément optique afin de recevoir l'énergie rayonnante redirigée.