FR2709558A1 - Dispositif de mesure de distance. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de mesure de distance. Le dispositif (10) de l'invention comprend une diode laser pour produire des faisceaux laser (Lt), un mécanisme de balayage projetant les faisceaux laser contre un objet et comprenant un miroir polygonal (16) vers et par lequel les faisceaux lasers sont dirigés et réfléchis, un mécanisme récepteur recevant le faisceau laser (Lr) réfléchi par l'objet, une unité de commande (11) mesurant l'intervalle de temps nécessaire aux faisceaux laser à faire le tour de l'objet, le miroir polygonal étant agencé de manière à pivoter autour d'un premier axe (16a) et osciller autour d'un second axe (P). L'invention s'applique notamment aux dispositifs de mesure de distance du type utilisant un faisceau laser.
Description
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La présente invention concerne généralement un dispositif pour mesurer une distance et plus particulièrement, un dispositif de mesure de distance du type utilisant un faisceau laser et qui, pour mesurer la distance entre celui-ci et un objet, transmet le faisceau laser vers l'objet et détecte le faisceau laser réfléchi par l'objet. En fait, l'intervalle de temps nécessaire au faisceau laser à faire l'aller et le retour est détecté. La distance à l'objet est égale à la moitié de la durée écoulée multipliée par la
vitesse du faisceau laser.
Afin de clarifier le but de la présente invention, un dispositif de mesure de distance classique du type mentionné ci-dessus est maintenant décrit en référence à la figure 5
des dessins annexes.
Le dispositif de mesure de distance classique 100 représenté sur la figure 5 comprend généralement une section de transmission optique, une section de balayage optique et
une section de réception optique.
Comme illustré, la section de transmission optique comprend une diode laser 102, une lentille de collimation 104, une paire de prismes anamorphotiques 106 et un télescope d'expansion de faisceau 108. Le faisceau de sortie elliptique hautement divergent depuis la diode 102 est collimaté par la lentille de collimation 104. Le faisceau est ensuite rendu circulaire par la paire de prismes anamorphotiques et dilaté dans le télescope d'expansion de faisceau 108 pour engendrer
un faisceau de sortie qui augmente en diamètre.
La section de balayage optique comprend un miroir polygonal à quatre faces 110 et un miroir basculant 112 qui ensemble balayent une trame de la gauche vers la droite, du haut vers le bas. Le miroir polygonal 110 pivote autour de son axe 110a à une vitesse donnée, et le miroir basculant 112 oscille autour de son axe 112a de manière synchronisée avec le miroir polygonal 110. On a indiqué par le chiffre de référence 114 un moteur pour faire osciller le miroir basculant 112. Autrement dit, en recevant le faisceau laser transmis "Lt" depuis le télescope d'expansion de faisceau
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108, le miroir polygonal produit un certain nombre de lignes de balayage par seconde. Ces lignes de balayage sont cadrées par le miroir basculant 112. Du fait du mouvement synchronisé du miroir polygonal 110 et du miroir basculant 112, le faisceau laser de transmission "Lt" projeté depuis le miroir basculant 110 balayage un objet (non représenté) de la gauche
vers la droite, du haut vers le bas ou vice-versa.
La section de réception optique comprend généralement des miroirs pliants et d'alignement 116, un filtre optique en bande étroite 118, un télescope de réduction 120 et un récepteur de faisceau laser 122 (à savoir une photodiode à avalanche). Du fait des mouvements synchronisés du miroir basculant 112 et du miroir polygonal 110, le faisceau laser de réception "Lr" réfléchi par l'objet est orienté vers une partie d'entrée des miroirs pliant et d'alignement 116 et amené au récepteur du faisceau laser 122 à travers le filtre
optique à bande étroite 118 et le télescope de réduction 120.
Bien que non représentée sur le dessin, une unité de commande est utilisée et comporte des moyens pour détecter l'intervalle de temps nécessaire pour le faisceau laser à
effectuer l'aller et le retour.
Toutefois, du fait de sa construction inhérente, le dispositif classique précité 100 a un point faible lors de l'obtention d'un faisceau laser de réception "Lr" suffisamment fort. En outre, l'utilisation du miroir basculant 112 entraîne une construction encombrante et lourde
du dispositif 100.
Par conséquent, la présente invention a pour but de proposer un dispositif de mesure de distance du type utilisant un faisceau laser qui élimine les inconvénients précités. Dans le dispositif de mesure de distance de la présente invention, sont utilisées deux pistes optiques pour conduire le faisceau laser de réception "Lr" au récepteur du faisceau
laser (à savoir la photodiode à avalanche).
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Dans le dispositif de mesure de distance de la présente invention, sont utilisés des miroirs fixes à la place du
miroir basculant précité.
A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de mesure de distance du type utilisant un faisceau laser, qui comprend des premiers moyens pour produire des faisceaux laser; des seconds moyens pour projeter les faisceaux laser contre un objet, les seconds moyens comprenant un miroir polygonal vers et par lequel les faisceaux laser sont orientés et réfléchis; des troisièmes moyens pour recevoir les faisceaux laser réfléchis par l'objet; et des quatrièmes moyens pour mesurer l'intervalle de temps nécessaire aux faisceaux laser pour effectuer l'aller et le retour vers l'objet, dans lequel le miroir polygonal est agencé de manière à être apte à pivoter autour d'un premier axe de celui-ci et osciller autour d'un second
axe de celui-ci.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre de plusieurs modes de réalisation particuliers, actuellement préférés de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexes, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de mesure de distance qui est un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue représentant un diagramme de balayage de faisceaux laser produits par le dispositif du premier mode de réalisation de la figure 1; - la figure 3 est une vue plane d'un dispositif de mesure de distance qui est un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 4 est une vue latérale du dispositif de mesure de distance du second mode de réalisation de la figure 3; et
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- la figure 5 est une vue schématique et en perspective
d'un dispositif de mesure de distance classique.
Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 des dessins, est représenté un dispositif de mesure de distance 10 du type utilisant un faisceau laser, qui est
un premier mode de réalisation de la présente invention.
Le dispositif 10 comprend généralement une section de transmission optique, une section de balayage optique, une section de réception optique et un circuit de commande 11 qui sont logés dans un boîtier 12. Le boîtier 12 comprend une paroi postérieure 12a et une paroi inférieure 12b. Le circuit de commande 11 est imprimé sur une plaque fixée à la paroi
postérieure 12a.
La section de transmission optique comprend généralement une diode laser, une lentille de collimation, une paire de prismes anamorphotiques et un télescope d'expansion de faisceaux qui sont agencés de manière similaire à celle de la figure 5 et installés dans un cylindre 14. Un faisceau laser de plus grand diamètre est alors émis depuis le cylindre 14 vers la section de balayage optique. La section de balayage optique comprend un miroir polygonal à quatre faces 16 qui est monté sur un moteur électrique 18 et entraîné en rotation à une vitesse donnée autour de son axe 16a. Un mécanisme basculant est incorporé au moteur 18 pour faire osciller le miroir polygonal 16 dans une direction verticale dans le dessin (figure 1). Le mécanisme basculant comprend une paire de montants 20a et 20b fixés à la paroi inférieure 12b du boîtier 12. Un plateau basculant 22 sur lequel le moteur 18 est monté est relié de manière pivotante par ses parois latérales dressées vers le haut aux montants 20a et 20b. Un axe de pivotement "P" de la plaque basculante 22 passe à travers un centre du miroir polygonal 16 et il est perpendiculaire à l'axe de rotation 16a du miroir polygonal 16. Un moteur pas-à-pas 24a est monté sur le montant 20a pour faire pivoter de manière échelonnée la plaque basculante 22 à une vitesse et par intervalles
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donnés. Un capteur d'angle 24b est monté sur l'autre montant b pour détecter l'angle de la plaque basculante 22 par
rapport à la paroi inférieure fixe 12b du boîtier 12. C'est-
à-dire, lorsque, du fait du mouvement échelonné continu du moteur pas-àpas 24a, la plaque basculante 22 vient dans sa position inférieure extrême, le capteur d'angle 24b engendre un signal pour actionner le moteur pas-à-pas 24a de manière à faire sauter la plaque basculante 22 vers sa position supérieure extrême. La rotation du miroir polygonal 16 et le mouvement oscillant de la plaque oscillante 22 sont synchronisés de sorte que le faisceau laser de transmission "Lt" réfléchi par le miroir polygonal 16 balaye un objet "O" (voir figure 2) de la gauche vers la droite, du haut vers le bas. La section de réception optique comprend généralement deux pistes optiques "T-1" et "T- 2" (ou chemins de guide optiques) à travers lesquelles les faisceaux laser de réception "Lr" réfléchis par l'objet "O" passent pour être focalisés sur un récepteur de faisceaux laser commun 26 (à savoir une photodiode à avalanche). Comme représenté dans le dessin (figure 1), les deux pistes "T-l" et "T-2" sont agencées symétriquement par rapport à un plan imaginaire le long duquel l'axe de rotation 16a du miroir polygonal 16 se déplace pendant le mouvement oscillant de la plaque basculante 22. Chaque piste "T-1" ou "T-2" comprend l'une "Ra" ou "Rb" des quatre surfaces de miroir du miroir polygonal 16, un premier miroir fixe incliné 28 agencé à côté du miroir polygonal 16, un second miroir fixe incliné 30 agencé au-dessus du premier miroir 28 et un télescope de réduction 32 agencé entre le second miroir 30 et le récepteur de faisceaux 26. Le télescope de réduction 32 est équipé d'un
filtre d'interférence.
Pendant la rotation et, le mouvement oscillant du miroir polygonal 16, les faisceaux laser de réception "Lr" réfléchis par l'objet "O" sont dirigés vers et réfléchis par les deux surfaces voisines "Ra" et "Rb" des quatre surfaces de miroir du miroir polygonal 16. Les faisceaux laser "Lr"
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ainsi réfléchis par le miroir polygonal 16 sont conduits vers le récepteur de faisceaux laser 26 par l'intermédiaire des pistes optiques respectives "T-1" et "T-2" comme cela
apparaît clairement sur la figure 1.
Le circuit de commande 11 détecte la période nécessaire au faisceau laser ("Lt" + "Lr") pour faire le tour de l'objet "O".
Comme cela apparaît dans la description ci-dessus, dans
le premier mode de réalisation, sont employées deux pistes optiques pour conduire les faisceaux laser de réception "Lr" au récepteur de faisceaux laser 26. Ceci signifie que le récepteur de faisceaux laser 26 peut recevoir un faisceau laser de réception "Lr" suffisamment fort. En outre, dans ce mode de réalisation, on n'utilise pas le miroir dit "basculant".Ainsi, une construction compacte et légère du
dispositif 10 est obtenue.
En se référant aux figures 3 et 4, est représenté un dispositif de mesure de distance 50 du type utilisant un faisceau laser, qui est un second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce second mode de réalisation, est utilisée une unité intégrale comprenant deux, à savoir un plus petit et un plus grand, miroirs polygonaux, comme cela
va être clarifié ci-après.
Le dispositif de mesure de distance 50 comprend généralement une section de transmission optique, une section de balayage optique, une section de réception optique et un circuit de commande qui est logé dans un boîtier (non représenté). La section de transmission optique comprend généralement une diode laser 52 et une lentille de collimation 54. Le faisceau laser produit par la diode laser 52 est collimaté par la lentille de collimation 54 pour engendrer un faisceau laser parallèle "Lt" qui est orienté vers la section de balayage optique, c'est-à-dire vers un premier miroir polygonal à quatre faces 56 qui sera décrit
dans la suite.
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La section de balayage optique comprend le premier miroir polygonal à quatre faces 56 qui est monté intégralement sur un second miroir polygonal à quatre faces 58 pour constituer une unité de miroir polygonal 60. Les quatre surfaces de miroir du second miroir polygonal 58 sont
plus grandes que celles du premier miroir polygonal 56.
L'unité de miroir polygonal 60 est montée sur un moteur électrique 62 et est destinée à être entraînée en rotation à
une vitesse donnée autour de son axe 60a.
Un mécanisme basculant est incorporé au moteur 62 pour faire osciller l'unité de miroir polygonal 60 dans la direction de la flèche "Y" (voir figure 4) autour d'un axe horizontal "G" qui passe à travers un centre de l'unité de miroir polygonal 60. L'axe "G" est perpendiculaire à l'axe de rotation précité 60a de l'unité de miroir polygonal 60. Le mécanisme basculant comprend un moteur pas-à-pas 64, un premier levier 66 relié à son extrémité interne à un arbre de sortie du moteur 64, un second levier 68 relié pivotant à une extrémité au premier levier 66, et un troisième levier 70 relié pivotant à une extrémité à l'autre extrémité du second levier 68. L'autre extrémité du troisième levier 70 est fixée à une partie inférieure saillante 72 du moteur 62. Par conséquent, lorsque le moteur pas-à-pas 64 est excité, l'unité de miroir polygonal 60 est entraînée en rotation de manière échelonnée autour de l'axe "G". La rotation de l'unité de miroir polygonal 60 et le mouvement oscillant du moteur 62 sont synchronisés de sorte que le faisceau laser de transmission "Lt" réfléchi par le premier miroir polygonal 56 balaye un objet de la gauche vers la droite, du haut vers le
bas.
La section optique de réception comprend généralement deux pistes optiques "T-1" et "T-2" à travers lesquelles les faisceaux laser de réception "Lr" réfléchis par l'objet passent pour être focalisés sur un récepteur de faisceaux laser commun 74 (à savoir une photo diode à avalanche). Comme représenté sur la figure 3, les deux pistes "T-l" et "T-2" sont agencées symétriquement par rapport à un plan imaginaire
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le long duquel l'axe de rotation 60a de l'unité de miroir polygonal 60 se déplace pendant le mouvement oscillant du moteur 62. Chaque piste "T- 1" ou "T-2" comprend l'une "Ra" ou "Rb" des quatre surfaces de miroir du second miroir polygonal 58, un miroir fixe concave 76 agencé à côté de l'unité de miroir polygonal 60. Le miroir fixe concave 76 a son foyer au
niveau du récepteur de faisceaux laser 74.
Pendant la rotation et le mouvement oscillant de l'unité de miroir polygonal 60, les faisceaux laser de réception "Lr" réfléchis par l'objet sont dirigés vers et réfléchis par les deux surfaces avoisinantes "Ra" et "Rb" des quatre surfaces de miroir du second miroir polygonal 58. Les faisceaux laser "Lr" ainsi réfléchis par le second miroir polygonal 58 sont conduits vers le récepteur de faisceaux laser 74 par l'intermédiaire des miroirs concaves respectifs 76.
Comme il apparaît à partir de la description ci-dessus,
également dans le second mode de réalisation, sont employées deux pistes optiques "T-1" et "T-2" pour conduire les faisceaux laser de réception "Lr" vers le récepteur de faisceaux laser 74. Par conséquent, le récepteur 74 peut recevoir un faisceau laser de réception "Lr" suffisamment fort. En outre, dans ce second mode de réalisation, on n'utilise pas un miroir basculant. Par conséquent, une construction compacte et légère est obtenue par le dispositif 50.
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Claims (14)
1. Dispositif de mesure de distance (10;50) du type utilisant un faisceau laser, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier moyen (52) pour produire des faisceaux laser (Lt); un second moyen (16;60) pour projeter lesdits faisceaux contre un objet (O), ledit second moyen comprenant un miroir polygonal (16;56,58) vers et par lequel lesdits faisceaux laser sont dirigés et réfléchis; un troisième moyen (26; 74) pour recevoir les faisceaux laser (Lr) réfléchis par ledit objet; et un quatrième moyen (11) pour mesurer l'intervalle de temps nécessaire auxdits faisceaux laser (Lt, Lr) pour faire le tour de l'objet, dans lequel ledit miroir polygonal est agencé de manière à pivoter autour d'un premier axe (16a, 60a) de
celui-ci et osciller autour d'un second axe (P; G) de celui-
ci.
2. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 1, dans lequel premier axe précité est
perpendiculaire au second axe précité.
3. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les troisièmes moyens précités comprennent: un unique récepteur de faisceaux laser (26;74); et deux pistes optiques (T- 1, T-2) par l'intermédiaire desquelles les faisceaux laser (Lr) réfléchis par ledit objet (O) sont conduits vers ledit récepteur de faisceau laser, lesdites deux pistes optiques étant agencées symétriquement par rapport à un plan imaginaire le long duquel le premier axe dudit miroir polygonal se déplace pendant le mouvement
oscillant du miroir polygonal.
4. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des deux
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pistes optiques comprend l'une (Ra, Rb) des surfaces de miroir du miroir polygonal précité et au moins un miroir fixe
(28, 30, 76).
5. Dispositif de mesure de distance (10) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chacune des deux pistes optiques comprend: l'une (Ra, Rb) des surfaces de miroir du miroir polygonal (16) précité, un premier miroir fixe incliné (28) agencé à côté du miroir polygonal (16); un second miroir fixe incliné (30) agencé au-dessus dudit premier miroir fixe incliné (28); et un télescope de réduction (32) agencé entre ledit second miroir fixe incliné (30) et le récepteur de faisceau
laser (26) précité.
6. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit télescope de
réduction (32) est équipé d'un filtre d'interférence.
7. Dispositif de mesure de distance (50) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chacune des deux pistes optiques comprend: l'une (Ra, Rb) des surfaces de miroir du miroir polygonal (58) précité; et une lentille concave (76) agencée à côté du miroir
polygonal (60) précité.
8. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 7, caractérisé en ce que la lentille concave précitée a son foyer au niveau du récepteur de faisceau laser (74).
9. Dispositif de mesure de distance selon l'une
quelconque des revendications 1 à 4, 7 et 8, caractérisé en
ce que le miroir polygonal (60) comprend: une première partie formant miroir polygonal (56) vers et par laquelle les faisceaux laser (Lt) depuis les premiers moyens précités (52) sont dirigés et réfléchis; 1il 2709558 une seconde partie formant miroir polygonal (58) vers et par laquelle les faisceaux laser (Lr) réfléchis par ledit objet (O) sont dirigés et réfléchis, dans lequel les surfaces de miroir (Ra, Rb) de ladite seconde partie formant miroir polygonal (58) sont plus grandes que celles de ladite première partie formant miroir
polygonal (56).
10. Dispositif de mesure de distance selon l'une
quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que
lesdits seconds moyens comprennent en outre: un moteur électrique (18) sur lequel est monté ledit miroir polygonal (16) pour entraîner en rotation celui-ci dans une direction donnée; une plaque basculante (22) sur laquelle est monté ledit moteur électrique (18), ladite plaque basculante (22) étant montée pivotante sur une structure fixe (12b); et un moteur pas-à-pas (24a) pour faire pivoter de manière
échelonnée la plaque basculante (22).
11. Dispositif de mesure de distance selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens comprennent en outre: un capteur d'angle (24b) pour détecter la position angulaire de la plaque basculante (22) par rapport à la structure fixe (12b); et un moyen pour actionner ledit moteur pas-à-pas (24a) de manière à faire sauter la plaque basculante (22) vers sa position angulaire extrême supérieure lorsque ledit capteur d'angle (24b) détecte la position angulaire extrême
inférieure avec ladite plaque basculante (22).
12. Dispositif de mesure de distance selon l'une
quelconque des revendications 1 à 4 et 7 à 9, caractérisé en
ce que lesdits seconds moyens comprennent en outre: un moteur électrique (62) sur lequel est monté ledit miroir polygonal (60) pour entraîner en rotation celui-ci dans une direction donnée;
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un moyen pour permettre à une unité constituée dudit moteur électrique (62) et dudit miroir polygonal (60) d'osciller autour dudit second axe (G); un moteur pas-à-pas (64);et un mécanisme de liaison (66, 68, 70, 72) pour faire pivoter ladite unité autour dudit second axe (G) à l'aide
dudit moteur pas-à-pas (64).
13. Dispositif de mesure de distance (10) du type utilisant un faisceau laser, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen pour produire des faisceaux laser (Lt); un miroir polygonal (16) ayant des surfaces de miroir (Ra, Rb) vers et par lesquelles lesdits faisceaux laser sont dirigés et réfléchis; un moteur électrique (18) sur lequel ledit miroir polygonal est monté pour être entraîné en rotation autour d'un premier axe (16a) de celui-ci; une plaque basculante (22) sur laquelle ledit moteur électrique (18) est monté, ladite plaque basculante oscillant autour d'un second axe (P) qui est perpendiculaire audit premier axe (16a); un moteur pas-à-pas (24a) pour faire osciller de manière échelonnée ladite plaque basculante (22) autour dudit second axe (P); un récepteur de faisceau laser unique (26);et deux pistes optiques (T-1, T-2) par l'intermédiaire desquelles les faisceaux laser (Lr) réfléchis par ledit objet (O) sont conduits vers ledit récepteur de faisceau laser, lesdites deux pistes optiques étant agencées symétriquement par rapport à un plan imaginaire le long duquel ledit premier axe se déplace pendant le mouvement oscillant de ladite plaque basculante autour dudit second axe, chaque piste optique comprenant l'une (Ra, Rb) des surfaces de miroir dudit miroir polygonal (16), un premier miroir fixe incliné (28) agencé à côté du miroir polygonal, un second miroir fixe incliné (30) au-dessus dudit premier miroir fixe incliné (28) et un télescope de réduction (32) agencé entre ledit second
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miroir fixe incliné (30) et ledit récepteur de faisceau laser (26).
14. Dispositif de mesure de distance (50) du type utilisant un faisceau laser, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen (52) pour produire des faisceaux laser (Lt); un miroir polygonal(60) comprenant une première partie formant miroir polygonal (56) et une seconde partie formant miroir polygonal (58) qui sont couplées coaxialement, les surfaces de miroir (Ra, Rb) de ladite seconde partie formant miroir polygonal (58) étant plus grandes que celles de ladite première partie formant miroir polygonal (56), ledit miroir polygonal (60) étant agencé de sorte que le faisceau laser soit dirigé vers et réfléchi par les surfaces de miroir de ladite première partie formant miroir polygonal; un moteur électrique (62) sur ledit miroir polygonal (60) est monté pour être entraîné en rotation autour d'un premier axe (60a) par celui-ci; un moyen pour permettre audit moteur électrique (62) de pivoter autour d'un second axe (G) qui est perpendiculaire audit premier axe (60a); un moteur pas-à-pas (64); et un mécanisme de liaison (66, 68, 70) pour faire pivoter ledit moteur électrique (62) autour dudit second axe à l'aide
dudit moteur pas-à-pas.
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