FR2653552A1 - OPTICAL TRANSDUCER WITH SPECTRAL CODING OF REFLECTING SURFACE WITH MONOBLOC HEAD AND HOLOGRAPHIC COMPONENTS. - Google Patents

OPTICAL TRANSDUCER WITH SPECTRAL CODING OF REFLECTING SURFACE WITH MONOBLOC HEAD AND HOLOGRAPHIC COMPONENTS. Download PDF

Info

Publication number
FR2653552A1
FR2653552A1 FR9012868A FR9012868A FR2653552A1 FR 2653552 A1 FR2653552 A1 FR 2653552A1 FR 9012868 A FR9012868 A FR 9012868A FR 9012868 A FR9012868 A FR 9012868A FR 2653552 A1 FR2653552 A1 FR 2653552A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
radiation
holographic
optical head
optical
block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
FR9012868A
Other languages
French (fr)
Inventor
Kler
Chandra Mohan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Smiths Group PLC
Original Assignee
Smiths Group PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Smiths Group PLC filed Critical Smiths Group PLC
Publication of FR2653552A1 publication Critical patent/FR2653552A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715Scale reading or illumination devices
    • G01D5/34723Scale reading or illumination devices involving light-guides

Abstract

Transducteur optique L'invention concerne un transducteur optique de déplacement ayant un bon rendement et une faible sensibilité aux vibrations. Un rayonnement optique à large bande est transmis à une tête optique (3) à travers un diviseur de faisceau (36) et une fibre optique (35). La tête (3) comporte un bloc de verre (30) pourvu d'un collimateur holographique (33) qui dirige le rayonnement de la fibre (35) sur un élément de diffraction holographique (32) monté sur une surface inclinée du bloc. Un élément de focalisation holographique (37) réfléchit le rayonnement diffracté et le focalise en un spectre (60) sur un disque rotatif (4) portant des pistes réfléchissantes (51, 52). Le rayonnement réfléchi revient par le même chemin au diviseur de faisceau (36) qui le transmet à un décodeur de longueurs d'ondes.Optical Transducer Provided is an optical displacement transducer having good efficiency and low vibration sensitivity. Wideband optical radiation is transmitted to an optical head (3) through a beam splitter (36) and an optical fiber (35). The head (3) has a glass block (30) with a holographic collimator (33) which directs radiation from the fiber (35) onto a holographic diffraction element (32) mounted on an inclined surface of the block. A holographic focusing element (37) reflects the diffracted radiation and focuses it into a spectrum (60) on a rotating disc (4) carrying reflecting tracks (51, 52). The reflected radiation returns by the same path to the beam splitter (36) which transmits it to a wavelength decoder.

Description

- 1- La présente invention concerne un transducteur optique comportant uneThe present invention relates to an optical transducer comprising a

source optique qui émet un rayonnement sur une bande de longueurs d'ondes, une tête optique pourvue d'un élément de diffraction agencé pour disperser le rayonnement selon les longueurs d'ondes qui le composent le long d'une zone transversale par rapport au chemin du rayonnement, de façon que la longueur d'onde du rayonnement délivré par la tête optique sur un point quelconque de cette zone dépende de l'emplacement de ce point de la zone, un élément mobile susceptible de se déplacer par rapport à ladite zone et transversalement par rapport au chemin du rayonnement, un détecteur, et un guide de rayonnement qui s'étend entre la tête optique et le détecteur, l'élément mobile étant codé optiquement de façon à réfléchir du rayonnement de différentes longueurs d'ondes vers la tête optique en fonction de la position transversale de l'élément mobile, l'élément de diffraction étant agencé pour diffracter le rayonnement réfléchi, suivant sa longueur d'onde, de  optical source which emits radiation over a wavelength band, an optical head provided with a diffraction element arranged to disperse the radiation according to the wavelengths that compose it along a transverse zone with respect to the path radiation, so that the wavelength of the radiation delivered by the optical head at any point in this zone depends on the location of this point of the zone, a movable element capable of moving relative to said zone and transversely to the radiation path, a detector, and a radiation guide extending between the optical head and the detector, the moving element being optically encoded to reflect radiation of different wavelengths to the head according to the transverse position of the movable element, the diffraction element being arranged to diffract the reflected radiation, according to its wavelength, from

façon à en former une image sur une extrémité du guide de rayon-  to form an image on one end of the spoke guide.

nement, et le détecteur étant agencé pour répondre au rayonnement à différentes longueurs d'ondes émergeant du guide de rayonnement, de façon à délivrer un signal de sortie en fonction de la position de  ment, and the detector being arranged to respond to radiation at different wavelengths emerging from the radiation guide, so as to output an output signal depending on the position of the

l'élément mobile.the moving element.

Les transducteurs optiques de déplacement sont bien connus et utilisent généralement une source lumineuse et un récepteur, constitués par exemple par des extrémités de câbles optiques, ainsi que des moyens pour faire varier la quantité de rayonnement atteignant le récepteur en fonction du déplacement. Les moyens pour faire varier le rayonnement peuvent utiliser un masque mobile pourvu d'une ouverture de taille variable, ou un filtre neutre de densité dont la densité varie dans la direction du déplacement. Ces transducteurs peuvent fonctionner de manière satisfaisante à condition que l'intensité du rayonnement atteignant le récepteur ne varie pas pour une autre raison. Par contre, - 2 - toute modification du rayonnement émis par la source lumineuse, causée par exemple par des variations dans l'alimentation électrique de la  Optical displacement transducers are well known and generally utilize a light source and a receiver, for example, optical cable ends, and means for varying the amount of radiation reaching the receiver as a function of displacement. The means for varying the radiation may use a moving mask provided with an opening of variable size, or a neutral density filter whose density varies in the direction of travel. These transducers can function satisfactorily provided that the intensity of the radiation reaching the receiver does not vary for any other reason. On the other hand, any modification of the radiation emitted by the light source, caused for example by variations in the power supply of the

source lumineuse, produit une lecture erronée.  light source, produces a false reading.

Une possibilité de réduire l'effet de ces variations de l'intensité lumineuse consiste à moduler le contenu spectral du rayonnement en fonction du déplacement. Cependant, un problème inhérent aux transducteurs connus de ce genre réside dans la difficulté d'obtenir un signal de sortie linéaire, puisque les dispositifs produisant la dispersion spectrale ne sont pas linéaires et que les décodeurs de longueurs d'ondes  One possibility of reducing the effect of these variations in light intensity is to modulate the spectral content of the radiation as a function of the displacement. However, a problem inherent with known transducers of this kind lies in the difficulty of obtaining a linear output signal, since the devices producing the spectral dispersion are not linear and the wavelength decoders are not linear.

ne présentent habituellement pas une réponse linéaire.  do not usually present a linear response.

Dans un autre agencement, la lumière est dispersée en ses composantes spectrales et un masque codé est déplacé à l'intérieur du spectre pour permettre la transmission de différentes parties du spectre en fonction de la position du masque. Le rayonnement ayant franchi le masque est focalisé sur une extrémité d'un câble optique et dispersé de nouveau à l'autre extrémité du câble. En mesurant l'intensité du rayonnement dans différentes parties du spectre, il est possible de déterminer la position du masque. Cependant, le problème se présentant avec un tel agencement est qu'il est difficile d'assurer que tout le rayonnement transmis à travers le masque soit focalisé sur l'extrémité de la fibre réceptrice, car l'image formée sera étalée sur le plan image à cause de la nature dispersée de l'image spectrale sur le masque. Il existe aussi un problème du fait que, dans certaines circonstances, il n'est pas possible d'utiliser un masque transparent qui exige que les deux côtés du masque  In another arrangement, the light is dispersed in its spectral components and an encoded mask is moved within the spectrum to allow transmission of different parts of the spectrum depending on the position of the mask. Radiation passed through the mask is focused on one end of an optical cable and dispersed back to the other end of the cable. By measuring the intensity of the radiation in different parts of the spectrum, it is possible to determine the position of the mask. However, the problem with such an arrangement is that it is difficult to ensure that all the radiation transmitted through the mask is focused on the end of the receiving fiber, because the image formed will be spread on the image plane because of the scattered nature of the spectral image on the mask. There is also a problem that, under certain circumstances, it is not possible to use a transparent mask that requires both sides of the mask

soient accessibles.be accessible.

La publication GB 2 188 144 A décrit un transducteur optique qui évite ces problèmes. Ce transducteur comporte une tête optique montée au-dessus d'un disque réfléchissant codé optiquement. Un rayonnement à large bande est délivré à la tête au moyen d'un câble optique. La tête est un bloc de verre pourvu d'une surface réfléchissante courbe qui collimate et réfléchit le rayonnement sur un réseau de diffraction ordinaire. Le rayonnement est dispersé par le réseau et réfléchi en direction de la surface réfléchissante courbe. Ceci a pour effet de -3- focaliser le rayonnement sur le disque sous la forme d'un spectre. La tête combine le rayonnement réfléchi par le disque et focalise sur l'extrémité d'une fibre de retour. A l'autre extrémité de cette fibre, un décodeur de longueurs d'ondes disperse le rayonnement reçu sur une rangée de photos diodes, laquelle délivre un signal de sortie représentatif de la position des parties réfléchissantes du disque, ce qui permet de déterminer la position du disque. En mesurant l'espacement entre deux pistes réfléchissantes, on peut éliminer les erreurs de concentricité. On peut mesurer le déplacement d'une plaque codée suivant deux directions de coordonnées en mesurant l'espacement et les valeurs absolues des  GB 2 188 144 A discloses an optical transducer which avoids these problems. This transducer comprises an optical head mounted above an optically encoded reflective disc. Broadband radiation is delivered to the head by means of an optical cable. The head is a glass block with a curved reflective surface that collimates and reflects radiation onto an ordinary diffraction grating. The radiation is dispersed by the grating and reflected towards the curved reflective surface. This has the effect of focusing the radiation on the disk in the form of a spectrum. The head combines the radiation reflected by the disc and focuses on the end of a return fiber. At the other end of this fiber, a wavelength decoder disperses the received radiation on a row of diode photos, which delivers an output signal representative of the position of the reflective portions of the disk, thereby determining the position of the disc. By measuring the spacing between two reflective tracks, concentricity errors can be eliminated. The displacement of a coded plate in two coordinate directions can be measured by measuring the spacing and absolute values of

longueurs d'ondes réfléchies.reflected wavelengths.

Bien que le transducteur susmentionné ait des avantages considérables par rapport aux agencements antérieurs, il est relativement coûteux à la fabrication et son efficacité est inférieure à ce que l'on souhaiterait, à cause de l'emploi d'un réseau de diffraction ordinaire. Les réseaux de diffraction ordinaires ont un rendement relativement faible, notamment parce qu'ils dépendent de la polarisation, de sorte que le rayonnement dans un plan de polarisation n'est pas utilisé par le transducteur. Le coût élevé de ce transducteur de l'art antérieur est dû à la nécessité de façonner avec précision les faces réfléchissantes ayant des orientations  Although the above-mentioned transducer has considerable advantages over previous arrangements, it is relatively expensive to manufacture and its efficiency is lower than desired due to the use of an ordinary diffraction grating. Ordinary diffraction gratings have a relatively low efficiency, in particular because they depend on the polarization, so that the radiation in a plane of polarization is not used by the transducer. The high cost of this transducer of the prior art is due to the need to precisely shape the reflective faces having orientations.

variées, ce qui nécessite une réalisation en plusieurs pièces différentes.  varied, which requires a realization in several different parts.

Un but de la présente invention consiste à créer un transducteur optique susceptible de présenter une meilleure efficacité pour un coût  An object of the present invention is to create an optical transducer that may be more efficient for a cost

relativement bas.relatively low.

Dans ce but, l'invention concerne un transducteur optique du type indiqué plus haut, caractérisé en ce que l'élément de diffraction est un élément  For this purpose, the invention relates to an optical transducer of the type indicated above, characterized in that the diffraction element is an element

de diffraction holographique.holographic diffraction.

De préférence, la tête optique comporte un élément holographique agencé pour focaliser le rayonnement sur l'élément mobile et pour focaliser le rayonnement réfléchi par l'élément mobile. L'élément holographique agencé pour focaliser le rayonnement peut être séparé de  Preferably, the optical head comprises a holographic element arranged to focus the radiation on the movable element and to focus the radiation reflected by the movable element. The holographic element arranged to focus the radiation can be separated from

l'élément de diffraction holographique.  the holographic diffraction element.

- 4 - La tête optique peut comporter un élément de collimation holographique placé entre le guide de rayonnement et l'élément de diffraction holographique. La tête optique est faite de préférence d'un bloc en une seule pièce de matière transparente, et l'élément de diffraction holographique est monté sur une surface de ce bloc. Dans une forme de réalisation avantageuse ledit bloc a une forme générale sensiblement cubique, l'élément de diffraction holographique est monté sur une surface oblique ménagée sur un premier côté du bloc, un élément de collimation est monté sur un côté opposé du bloc, entre le guide de rayonnement et l'élément de diffraction, et un élément réfléchissant est monté sur ledit côté opposé de façon à réfléchir le rayonnement venant de l'élément de  The optical head may comprise a holographic collimation element placed between the radiation guide and the holographic diffraction element. The optical head is preferably made of a one-piece block of transparent material, and the holographic diffraction element is mounted on a surface of this block. In an advantageous embodiment, said block has a substantially cubic general shape, the holographic diffraction element is mounted on an oblique surface formed on a first side of the block, a collimation element is mounted on an opposite side of the block, between the radiation guide and the diffractive element, and a reflective element is mounted on said opposite side so as to reflect the radiation coming from the element of

diffraction vers l'élément mobile à travers le premier côté du bloc.  diffraction to the movable element through the first side of the block.

Le guide de rayonnement allant au détecteur peut comporter un diviseur de faisceau, et le rayonnement de la source optique peut être transmis à la tête optique à travers le diviseur de faisceau et le guide de rayonnement. Au moins une partie du guide de rayonnement peut conduire à un dispositif de visualisation o le rayonnement réfléchi par l'élément mobile est visible, de sorte que l'observation de la couleur de ce  The radiation guide to the detector may include a beam splitter, and the radiation of the optical source may be transmitted to the optical head through the beam splitter and the radiation guide. At least a portion of the radiation guide can lead to a display device where the radiation reflected by the movable element is visible, so that the observation of the color of this

rayonnement fournit une indication de la position de l'élément mobile.  radiation provides an indication of the position of the movable element.

De préférence, l'élément mobile - comporte deux pistes allongées réfléchissantes, et l'espacement mutuel des deux pistes est différent en différents points de leur longueur. L'élément mobile peut être un disque rotatif. On décrira ci-dessous, à titre d'exemple, un transducteur optique selon la présente invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est un schéma du transducteur, la figure 2 est une vue latérale de la tête optique du transducteur, - 5- la figure 3 est une vue en plan de l'élément codeur mobile utilisé dans le transducteur, la figure 4 est une vue en plan d'une autre forme d'élément codeur, et les figures 4A à 4C représentent des signaux d'un détecteur en réponse à  Preferably, the movable member has two elongated reflective tracks, and the mutual spacing of the two tracks is different at different points along their length. The movable member may be a rotating disk. An optical transducer according to the present invention will be described below by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 is a diagram of the transducer, FIG. 2 is a side view of the optical head of the transducer. Fig. 3 is a plan view of the moving encoder element used in the transducer, Fig. 4 is a plan view of another form of encoder element, and Figs. 4A through 4C show signals. of a detector in response to

différentes positions de l'élément codeur de la figure 4.  different positions of the encoder element of FIG.

En référence à la figure 1, le transducteur optique comporte une source 1 de rayonnement dans une bande de longueurs d'ondes 1 à 2' sous la forme d'une diode luminescente ou d'une autre source telle qu'une lampe au tungstène, et une commande électrique 21. Le rayonnement de la source 1 est délivré par un câble optique monofibre 1 à une tête optique 3 qui sera décrite plus loin plus en détail. La tête optique 3 disperse le rayonnement en composantes spectrales et le dirige sur un disque codeur 4 qui tourne autour de son axe 5 en fonction des variations d'une variable d'entrée. Par exemple, la variable d'entrée pourrait être donnée par un capteur de pression ou de température, faisant tourner un arbre 6  With reference to FIG. 1, the optical transducer comprises a source 1 of radiation in a wavelength band 1 to 2 'in the form of a light-emitting diode or of another source such as a tungsten lamp, and an electrical control 21. The radiation of the source 1 is delivered by a single-fiber optical cable 1 to an optical head 3 which will be described later in more detail. The optical head 3 disperses the radiation into spectral components and directs it onto an encoder disk 4 which rotates about its axis 5 as a function of the variations of an input variable. For example, the input variable could be given by a pressure or temperature sensor, rotating a tree 6

qui porte le disque codeur 4.which carries the encoder disk 4.

Le disque codeur 4 réfléchit différentes parties du spectre en direction de la tête optique 3, en fonction de la position du disque. Ce rayonnement réfléchi est recombiné dans la tête optique 3 et délivré sur  The encoder disc 4 reflects different parts of the spectrum towards the optical head 3, depending on the position of the disc. This reflected radiation is recombined in the optical head 3 and delivered on

une première extrémité d'un câble optique monofibre de retour 7.  a first end of a monofibre optical return cable 7.

L'autre extrémité du câble de retour 7 est raccordée à un décodeur de longueurs d'ondes 8 qui disperse le rayonnement venant du câble en composantes de longueurs d'ondes. Le décodeur 8 peut comporter n'importe quelle forme usuelle de dispositif de dispersion, par exemple un réseau ou un prisme. Le spectre formé par le décodeur 8 est focalisé sur une rangée linéaire 9 de photodiodes ou de dispositifs similaires, délivrant sur des lignes 10 des signaux de sortie qui représentent l'intensité du rayonnement dans différentes parties du spectre. Comme il n'y aura généralement pas qu'une seule photodiode éclairée, mais une répartition sur plusieurs photodiodes, il est prévu un dispositif de traitement de signaux 11 pour identifier les pics d'intensité dans le  The other end of the return cable 7 is connected to a wavelength decoder 8 which disperses the radiation coming from the cable into wavelength components. The decoder 8 may comprise any conventional form of dispersion device, for example a grating or a prism. The spectrum formed by the decoder 8 is focused on a linear array 9 of photodiodes or similar devices, delivering on lines 10 output signals which represent the intensity of the radiation in different parts of the spectrum. Since there will generally not be a single illuminated photodiode, but a multiple photodiode distribution, a signal processing device 11 is provided to identify the intensity peaks in the photodiode.

spectre. Les signaux de sortie du dispositif 11 sont transmis à un dispo-  spectrum. The output signals of the device 11 are transmitted to a device

- 6 - sitif d'affichage 12 qui affiche une indication de la position du disque  - 6 - display 12 which displays an indication of the position of the disk

codeur 4, indication qui peut être étalonnée pour représenter direc-  encoder 4, which can be calibrated to represent

tement la variable à mesurer, par exemple la pression ou la température.  the variable to be measured, eg pressure or temperature.

Dans une autre exécution, les signaux de sortie peuvent être délivrés à d'autres moyens utilisateurs, par exemple pour effectuer des commandes  In another embodiment, the output signals may be delivered to other user means, for example to perform commands

en fonction de la variable mesuree.according to the measured variable.

Si l'on utilise de la lumière blanche d'intensité suffisante, une partie de la lumière modifiée peut être dérivée et utilisée pour éclairer un point sur un panneau de commande. Ce moyen peut donner une indication simple et directe de l'état de la variable. Par exemple, comme le rouge se trouve à une extrémité du spectre visible, cette couleur pourrait indiquer une pression dangereusement élevée, tandis que le vert  If white light of sufficient intensity is used, a portion of the modified light may be derived and used to illuminate a point on a control panel. This means can give a simple and direct indication of the state of the variable. For example, as red is at one end of the visible spectrum, this color could indicate a dangerously high pressure, while green

indiquerait une pression correcte.would indicate a correct pressure.

La tête optique 3 sera décrite plus en détail en référence à la figure 2.  The optical head 3 will be described in more detail with reference to FIG.

Cette tête 3 est formée principalement d'un seul bloc de verre 30 ayant une forme générale cubique, à part une surface oblique 31 le long de son bord inférieur de gauche suivant la figure. Sur la surface 31 est monté un élément holographique de volume 32 qui sert de réseau ou d'élément de diffraction. A la verticale du réseau de diffraction holographique 32 se trouve un élément de collimation holographique 33 qui est monté contre une face supérieure horizontale 34 du bloc 30. L'élément de collimrnation 33 est placé directement sous un guide de rayonnement à fibre optique 35 qui est couplé à la fibre d'entrée 37 et à la fibre de  This head 3 is formed mainly of a single block of glass 30 having a generally cubic shape, except for an oblique surface 31 along its lower left edge according to the figure. On the surface 31 is mounted a volume holographic element 32 which serves as a grating or diffraction element. In the vertical direction of the holographic diffraction grating 32 is a holographic collimating element 33 which is mounted against a horizontal upper face 34 of the block 30. The collimating element 33 is placed directly under a fiber optic radiation guide 35 which is coupled to the input fiber 37 and the fiber of

retour 7 au moyen d'un diviseur de faisceau 36.  return 7 by means of a beam splitter 36.

Egalement sur la face supérieure 34 du bloc 30, un élément de focalisation holographique 37 est placé de manière à recevoir le rayonnement du réseau de diffraction 32. L'élément de focalisation est agencé pour réfléchir ce rayonnement verticalement vers le bas et le focaliser sur le disque codeur 4. La surface inférieure 38 du bloc est traitée de façon à être non réfléchissante et, dans ce but, peut avoir un revêtement diélectrique multicouche ou un traitement de surface du type  Also on the upper face 34 of the block 30, a holographic focusing element 37 is placed to receive the radiation of the diffraction grating 32. The focusing element is arranged to reflect this radiation vertically downwards and to focus it on the beam. Encoder disk 4. The bottom surface 38 of the block is treated so as to be non-reflective and, for this purpose, may have a multilayer dielectric coating or a surface treatment of the type

"oeil de mouche"."fly eye".

- 7 - Durant le fonctionnement, le rayonnement issu de la fibre 35 est transformé par l'élément 33 en un faisceau vertical collimaté qui est dirigé sur le réseau de diffraction holographique 32. Ce réseau 32 a une  During operation, the radiation from the fiber 35 is transformed by the element 33 into a collimated vertical beam which is directed on the holographic diffraction grating 32.

efficacité élevée, notamment parce qu'il ne dépend pas d'une polari-  high efficiency, in particular because it does not depend on a polar

sation, c'est-à-dire qu'il diffracte en composantes de longueurs d'ondes le rayonnement incident dans n'importe quel plan de polarisation. Le rayonnement diffracté arrive sur l'élément de focalisation 37, lequel focalise le rayonnement dispersé en un spectre 60 le long d'une zone  sation, that is to say, it diffracts into wavelength components the incident radiation in any plane of polarization. The diffracted radiation arrives at the focusing element 37, which focuses the scattered radiation into a spectrum 60 along an area

s'étendant radialement sur le disque.  extending radially on the disc.

Le rayonnement réfléchi par le disque codeur 4 revient par le même chemin à travers le bloc 30 jusqu'à l'élément de diffraction 32. Ce rayonnement réfléchi est dévié sous un angle qui dépend de la longueur d'onde, de sorte que tout le rayonnement réfléchi par le disque codeur  The radiation reflected by the encoder disc 4 returns through the same path through the block 30 to the diffraction element 32. This reflected radiation is deflected at an angle that depends on the wavelength, so that the entire radiation reflected by the encoder disk

forme une image au même point sur l'extrémité de la fibre 35.  forms an image at the same point on the end of the fiber 35.

Il faut remarquer que, grâce à la tête optique 3, le rayonnement est dispersé avant de former une image sur le disque codeur 4 et que les longueurs d'ondes réfléchies par les pistes réfléchissantes du disque sont recombinées par l'élément de diffraction 32. De cette manière, l'objet optique de petit diamètre formé par l'extrémité de la fibre d'entrée 35 est dispersé le long du spectre 60, sur le disque codeur 4, et le rayonnement réfléchi est combiné et revient focalisé en une image de  It should be noted that, thanks to the optical head 3, the radiation is dispersed before forming an image on the encoder disc 4 and that the wavelengths reflected by the reflective tracks of the disc are recombined by the diffraction element 32. In this way, the small-diameter optical object formed by the end of the input fiber 35 is scattered along the spectrum 60, on the encoder disk 4, and the reflected radiation is combined and returns focused in an image of

petit diamètre sur l'extrémité de la fibre.  small diameter on the end of the fiber.

Grâce au codeur réfléchissant, on utilise la même tête optique pour disperser et recombiner le rayonnement, ce qui évite la nécessité d'un dispositif de combinaison séparé, entraînant un supplément de coût et d'encombrement. En outre, en employant un codeur réfléchissant, on n'a pas besoin d'un libre accès derrière le codeur. Ceci permet d'utiliser des  Thanks to the reflective coder, the same optical head is used to disperse and recombine the radiation, which avoids the need for a separate combination device, resulting in additional cost and space. In addition, by employing a reflective encoder, there is no need for free access behind the encoder. This allows you to use

marques de codage sur un élément opaque tel qu'un volant.  coding marks on an opaque element such as a steering wheel.

Comme l'élément de collimation 33, l'élément de collimation 32 et l'élément de focalisation 37 sont tous montés sur un bloc compact, le risque de mouvements relatifs par vibration entre les surfaces optiques  Since the collimating element 33, the collimating element 32 and the focusing element 37 are all mounted on a compact block, the risk of relative movements by vibration between the optical surfaces

est réduit.is reduced.

- 8 - Dans un autre agencement, l'élément de diffraction holographique 32 pourrait être agencé pour focaliser le rayonnement de façon que l'élément de focalisation holographique 37 puisse être remplacé par une  In another arrangement, the holographic diffraction element 32 could be arranged to focus the radiation so that the holographic focusing element 37 can be replaced by a

simple surface réfléchissante.simple reflective surface.

Une forme de réalisation du disque codeur 4 est représentée à la figure 3. Ce disque comporte un fond non réfléchissant 50 et des marques réfléchissantes sous la forme de deux pistes 51 et 52. La piste extérieure 51 est circulaire et centrée sur l'axe 5 du disque. La piste intérieure 52 a une forme en spirale, de sorte que la distance entre les deux pistes 51 et 52 varie autour du disque 4. Le spectre formé sur le disque 4 est indiqué par la zone 60 qui s'étend radialement en travers des deux pistes. Quand le disque aura tourné, d'autres parties du spectre seront réfléchies vers la tête optique 3 par la piste en spirale 52. La piste circulaire 51 réfléchira le rayonnement de la même partie du spectre, en supposant que la piste soit bien concentrique avec le disque. Toutefois, en mesurant la distance entre les deux pistes, comme on le fait dans le cas présent, on obtient un transducteur qui est insensible aux erreurs de concentricité  An embodiment of the encoder disc 4 is shown in FIG. 3. This disc has a non-reflective background 50 and reflective marks in the form of two tracks 51 and 52. The outer track 51 is circular and centered on the axis 5 of the disc. The inner track 52 has a spiral shape, so that the distance between the two tracks 51 and 52 varies around the disc 4. The spectrum formed on the disc 4 is indicated by the zone 60 which extends radially across the two tracks. When the disc has rotated, other parts of the spectrum will be reflected towards the optical head 3 by the spiral track 52. The circular track 51 will reflect the radiation of the same part of the spectrum, assuming that the track is well concentric with the disk. However, by measuring the distance between the two tracks, as is the case here, we obtain a transducer which is insensitive to concentricity errors.

dans le disque codeur.in the encoder disk.

Dans une autre forme de réalisation, le disque codeur pourrait être codé  In another embodiment, the encoder disk could be encoded

numériquement, par exemple en utilisant le système de codage Gray.  numerically, for example using the Gray coding system.

Le codeur n'est pas nécessairement un disque rotatif comme décrit  The encoder is not necessarily a rotating disk as described

ci-dessus, mais peut être une plaque mobile dans le sens de sa longueur.  above, but may be a movable plate in the direction of its length.

Une forme de réalisation d'une telle plaque 70 est illustrée à la figure 4 et comporte deux pistes réfléchissantes 71 et 72 s'etendant sur la longueur de la plaque. Les pistes 71 et 72 ont des inclinaisons respectives différentes par rapport à la direction longitudinale de la  An embodiment of such a plate 70 is illustrated in Figure 4 and has two reflective tracks 71 and 72 extending along the length of the plate. The tracks 71 and 72 have respective respective inclinations with respect to the longitudinal direction of the

plaque 70, de sorte que leur écartement varie sur cette longueur.  plate 70, so that their spacing varies on this length.

Avec cette forme de plaque, il est possible de mesurer des mouvements orthogonaux de la plaque, c'est-a-dire des mouvements suivant sa longueur et à angle droit suivant sa largeur. La figure 4A représente le signal de sortie de la rangée de photodiodes 9 quand la plaque 70 a la position illustrée par la figure 4, par rapport à l'image spectrale 60. Si - 9 - la plaque 70 se déplace vers la gauche, l'écartement entre les parties des pistes 71 et 72 sur lesquelles tombe l'image spectrale 60 devient plus faible, et les pics détectés par le détecteur se rapprochent, comme le montre la figure 4B. Par contre, si la plaque 70 se déplace dans le sens de la largeur sans se déplacer dans le sens de la longueur, l'écartement entre les pics du signal de sortie reste inchangé, mais les pics se déplacent en position absolue, comme le montre la figure 4C. En mesurant la position absolue de ces pics, il est donc possible de mesurer le déplacement de la plaque dans deux directions de coordonnées  With this form of plate, it is possible to measure orthogonal movements of the plate, that is to say movements along its length and at right angles along its width. FIG. 4A shows the output signal of photodiode array 9 when plate 70 has the position shown in FIG. 4, with respect to spectral image 60. If plate 70 moves to the left, FIG. The spacing between the portions of the tracks 71 and 72 on which the spectral image 60 falls becomes smaller, and the peaks detected by the detector approach, as shown in FIG. 4B. On the other hand, if the plate 70 moves in the direction of the width without moving in the direction of the length, the spacing between the peaks of the output signal remains unchanged, but the peaks move in absolute position, as shown Figure 4C. By measuring the absolute position of these peaks, it is therefore possible to measure the displacement of the plate in two coordinate directions

orthogonales.orthogonal.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais elle s'etend à toute modification ou variante  The present invention is not limited to the embodiments described above, but it extends to any modification or variant

évidente pour un homme du métier.obvious to a person skilled in the art.

- 10 -- 10 -

Claims (10)

Revendicationsclaims 1. Transducteur optique comportant une source optique qui émet un rayonnement sur une bande de longueurs d'ondes, une tête optique pourvue d'un élément de diffraction agencé pour disperser le rayon- nement selon les longueurs d'ondes qui le composent le long d'une zone transversale par rapport au chemin du rayonnement, de façon que la longueur d'onde du rayonnement délivré par la tête optique sur un point quelconque de cette zone dépende de l'emplacement de ce point de la zone, un élément mobile susceptible de se déplacer par rapport à ladite zone et transversalement par rapport au chemin du rayonnement, un détecteur, et un guide de rayonnement qui s'étend entre la tête optique et le détecteur, l'élément mobile étant codé optiquement de façon à réfléchir du rayonnement de différentes longueurs d'ondes vers la tête optique en fonction de la position transversale de l'élément mobile, l'élément de diffraction étant agencé pour diffracter le rayonnement réfléchi, suivant sa longueur d'onde, de façon à en former une image sur une extrémité du guide de rayonnement, et le détecteur etant agencé pour répondre au rayonnement à différentes longueurs d'ondes émergeant du guide de rayonnement, de façon à délivrer un signal de sortie en fonction de la position de l'élément mobile, caractérisé en ce que l'élément de diffraction est un élément de diffraction holographique (32).  An optical transducer comprising an optical source which emits radiation over a wavelength band, an optical head provided with a diffraction element arranged to disperse the radiation according to the wavelengths that compose it along a zone transverse to the path of the radiation, so that the wavelength of the radiation delivered by the optical head on any point of this zone depends on the location of this point of the zone, a movable element capable of moving relative to said area and transversely to the path of radiation, a detector, and a radiation guide extending between the optical head and the detector, the movable member being optically encoded to reflect radiation from different wavelengths to the optical head depending on the transverse position of the moving element, the diffraction element being arranged to diffract the radiation r bent along its wavelength to form an image on one end of the radiation guide, and the detector being arranged to respond to radiation at different wavelengths emerging from the radiation guide, so as to deliver a output signal as a function of the position of the moving element, characterized in that the diffraction element is a holographic diffraction element (32). 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête optique (3) comporte un élément holographique (37) agencé pour focaliser le rayonnement sur l'élément mobile (4, 70) et pour focaliser le2. Transducer according to claim 1, characterized in that the optical head (3) comprises a holographic element (37) arranged to focus the radiation on the movable element (4, 70) and to focus the rayonnement réfléchi par l'élément mobile.  radiation reflected by the movable element. 3. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément holographique (37) agencé pour focaliser le rayonnement est séparé de  3. Transducer according to claim 2, characterized in that the holographic element (37) arranged to focus the radiation is separated from l'élément de diffraction holographique (32).  the holographic diffraction element (32). 4. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête optique (3) comporte un élément de collimation holographique (33) placé entre le guide de rayonnement (35) et l'élément de diffraction  4. Transducer according to claim 1, characterized in that the optical head (3) comprises a holographic collimation element (33) placed between the radiation guide (35) and the diffraction element holographique (32).holographic (32). - 1i -- 1i - 5. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête optique (3) est faite d'un bloc (30) en une seule pièce de matière transparente, et en ce que l'élément de diffraction holographique (32) est  5. Transducer according to claim 1, characterized in that the optical head (3) is made of a block (30) in one piece of transparent material, and in that the holographic diffraction element (32) is monté sur une surface (31) de ce bloc.  mounted on a surface (31) of this block. 6. Tranducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit bloc (30) a une forme générale sensiblement cubique, en ce que l'élément de diffraction holographique (32) est monté sur une surface oblique ménagée sur un premier côté du bloc, en ce qu'un élément de collimation (33) est monté sur un côté opposé (34) du bloc (30), entre le guide de rayonnement (35) et l'élément de diffraction (32), et en ce qu'un élément réfléchissant (37) est monté sur ledit côté opposé (34) de façon à réfléchir le rayonnement venant de l'élément de diffraction (32) vers  6. Tranducer according to claim 5, characterized in that said block (30) has a substantially cubic general shape, in that the holographic diffraction element (32) is mounted on an oblique surface formed on a first side of the block, in that a collimating element (33) is mounted on an opposite side (34) of the block (30), between the radiation guide (35) and the diffraction element (32), and that reflective element (37) is mounted on said opposite side (34) to reflect radiation from the diffraction element (32) towards l'élément mobile (4, 70) à travers le premier c6té du bloc.  the movable member (4, 70) through the first side of the block. 7. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide de rayonnement (35, 7) allant au détecteur (8, 9) comporte un diviseur de faisceau (36), et en ce que le rayonnement de la source optique (1) est transmis à la tête optique (3) à travers le diviseur de faisceau (36) et le  Transducer according to Claim 1, characterized in that the radiation guide (35, 7) to the detector (8, 9) has a beam splitter (36), and that the radiation of the optical source (1) ) is transmitted to the optical head (3) through the beam splitter (36) and the guide de rayonnement (2, 35).radiation guide (2, 35). 8. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie du guide de rayonnement (35, 7) conduit à un dispositif de visualisation (12) o le rayonnement réfléchi par l'élément mobile (4, 70) est visible, de sorte que l'observation de la couleur de ce rayonnement  Transducer according to Claim 1, characterized in that at least a part of the radiation guide (35, 7) leads to a display device (12) where the radiation reflected by the mobile element (4, 70) is visible, so that the observation of the color of this radiation fournit une indication de la position de l'élément mobile (4, 70).  provides an indication of the position of the movable member (4, 70). 9. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément mobile (4, 70) comporte deux pistes allongées réfléchissantes (51 et 52, 71 et 72), et en ce que l'espacement mutuel des deux pistes est différent  9. Transducer according to claim 1, characterized in that the movable element (4, 70) comprises two reflective elongated tracks (51 and 52, 71 and 72), and in that the mutual spacing of the two tracks is different. en différents points de leur longueur.  at different points of their length. 10. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que  Transducer according to claim 1, characterized in that l'élément mobile (4) est un disque rotatif.  the movable element (4) is a rotating disc.
FR9012868A 1989-10-25 1990-10-15 OPTICAL TRANSDUCER WITH SPECTRAL CODING OF REFLECTING SURFACE WITH MONOBLOC HEAD AND HOLOGRAPHIC COMPONENTS. Withdrawn FR2653552A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB898923994A GB8923994D0 (en) 1989-10-25 1989-10-25 Optical transducers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2653552A1 true FR2653552A1 (en) 1991-04-26

Family

ID=10665125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9012868A Withdrawn FR2653552A1 (en) 1989-10-25 1990-10-15 OPTICAL TRANSDUCER WITH SPECTRAL CODING OF REFLECTING SURFACE WITH MONOBLOC HEAD AND HOLOGRAPHIC COMPONENTS.

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2653552A1 (en)
GB (2) GB8923994D0 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0531947A1 (en) * 1991-09-09 1993-03-17 Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho Position detecting apparatus
EP1103791A2 (en) * 1999-11-18 2001-05-30 HERA Rotterdam B.V. Optical angular or longitudinal position measuring device
EP1209448A1 (en) * 2000-11-23 2002-05-29 Abb Research Ltd. Optical angular or linear encoder

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006046131B4 (en) 2006-09-28 2020-06-25 X-Fab Semiconductor Foundries Ag Process for manufacturing an optical interface for integrated optical applications
AT520302B1 (en) * 2017-09-19 2019-03-15 Ing Guenther Neunteufel Method for determining the local displacement of an object

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55126833A (en) * 1979-03-26 1980-10-01 Ritsuo Hasumi Hologram type thin-film spectroscope
GB2188144A (en) * 1986-03-20 1987-09-23 Smiths Industries Plc Optical transducers

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH663466A5 (en) * 1983-09-12 1987-12-15 Battelle Memorial Institute METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF AN OBJECT IN RELATION TO A REFERENCE.

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55126833A (en) * 1979-03-26 1980-10-01 Ritsuo Hasumi Hologram type thin-film spectroscope
GB2188144A (en) * 1986-03-20 1987-09-23 Smiths Industries Plc Optical transducers

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 04, no. 184 (P-041)18 Décembre 1980 & JP-A-55 126 833 ( HASUMI RITSUO ) 1 Octobre 1980 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0531947A1 (en) * 1991-09-09 1993-03-17 Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho Position detecting apparatus
US5272335A (en) * 1991-09-09 1993-12-21 Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho Eccentricity-compensated position detecting apparatus having an identifying transparent slit
EP1103791A2 (en) * 1999-11-18 2001-05-30 HERA Rotterdam B.V. Optical angular or longitudinal position measuring device
EP1103791A3 (en) * 1999-11-18 2004-06-16 HERA Rotterdam B.V. Optical angular or longitudinal position measuring device
EP1209448A1 (en) * 2000-11-23 2002-05-29 Abb Research Ltd. Optical angular or linear encoder

Also Published As

Publication number Publication date
GB2238114A (en) 1991-05-22
GB8923994D0 (en) 1989-12-13
GB9021845D0 (en) 1990-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2596170A1 (en) OPTICAL TRANSDUCER
EP0241372B1 (en) Optical reading device for an optical-recording medium
EP0275795B1 (en) Division wavelength multiplexer/demultiplexer having an elliptical concave grating, and its use in integrated optics
FR2676275A1 (en) DEVICE FOR REMOTELY MEASURING THE POSITION OF AN OBJECT.
FR2754054A1 (en) High precision optical spectrum analyser.
FR2824903A1 (en) Non-contact method for measuring the dimensions of an object using an optical confocal imaging system with a chromatic retarder, so that axial chromatism can be adjusted to suit the required measurement range
US20020150341A1 (en) Diffractive monitor and system
FR2674639A1 (en) BRAGG NETWORK OPTIC FIBER AND ITS APPLICATIONS.
FR2613826A1 (en) INTEGRATED OPTICAL DISPLACEMENT SENSOR
FR2581206A1 (en) OPTICAL FIBER OPTIC TRANSDUCER
EP0964226B1 (en) Reader device for high resolution optical encoder
FR2941047A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING POLARIZATION INFORMATION AND POLARIMETRIC IMAGER
FR2653552A1 (en) OPTICAL TRANSDUCER WITH SPECTRAL CODING OF REFLECTING SURFACE WITH MONOBLOC HEAD AND HOLOGRAPHIC COMPONENTS.
WO2009127794A1 (en) Compact spectrometer for two-dimensional sampling
FR2848664A1 (en) Position and reflectivity meter for use in photometry and metrology has a light source with at least two different wavelengths that are processed separately by a measurement system
FR2588653A1 (en) POSITION OPTICAL SENSOR
FR2591739A1 (en) OPTICAL TRANSDUCER
FR2661513A3 (en) OPTICAL FIBER FUNCTION.
EP0669525A2 (en) Interferometrical system for detecting and localising reflective defects of light guide structures
FR2765964A1 (en) Optical distance measuring system using precision interferometers
FR2657161A1 (en) DEVICE FOR REMOTELY DETECTING A PHYSICAL SIZE OPERATING IN REFLECTION.
WO1993011445A1 (en) Improved incoherent light holographic device and method
EP0591911B1 (en) Interferometer comprising an integrated arrangement and a reflecting part which are separated from each other by a measurement zone
EP0591912B1 (en) Interferometer, comprising an intergrated arrangement and a mirror, which are seperated from each other by a measurement zone
EP0388345A2 (en) Optical measurement chain for angle or position with optical fibre transmission, intrinsically linear and referenced, utilising one or more luminous sources

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse