FR2709837A1 - Appareil de mesure optique de distance, et lentille et élément photorécepteur pour sa mise en oeuvre. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne la de mesure optique de distance. Elle se rapporte à un appareil dans lequel la lumière d'un élément photoémissif est transmise à un objet par une lentille (40) et la lumière réfléchie par l'objet est reçue par un élément photorécepteur par l'intermédiaire d'une lentille (42). L'appareil comprend une carte (53) d'émission-réception de lumière sur laquelle sont installés l'élément photoémissif et l'élément photorécepteur, et un organe (33) de support de lentille placé en avant de la carte (53) afin que les lentilles (40, 42) soient pratiquement à la même distance de l'élément photoémissif et de l'élément photorécepteur respectivement. Application aux mesures de distances.

Description

La présente invention concerne un appareil de mesure optique de distance,

et elle concerne en particulier un appareil de mesure optique de distance d'un objet en fonction du moment auquel de la lumière est transmise vers l'objet et du moment auquel la lumière réfléchie par

l'objet est reçue.

La figure 1 est une coupe d'un appareil classique de

mesure optique de distance (appelé radar laser pour véhi-

cule) qui est utilisé dans un dispositif d'alarme anticol-

lision. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un corps de carter dont les extrémités supérieure et inférieure sont ouvertes. Un couvercle arrière 2 est fixé à l'une des parties d'ouverture d'extrémité du corps 1, et une plaque 3 de verre est fixée, sous forme d'une plaque transparente ou translucide, à l'autre partie d'ouverture d'extrémité afin

que l'intérieur soit fermé par rapport à l'air externe.

Dans le corps 1 du carter, une carte 4 d'émission de lumière est fixée à une partie de la surface interne du couvercle arrière 2. Un élément photoémissif 5, par exemple une diode laser à semi-conducteur, un circuit de pilotage destiné à transmettre un courant de pilotage à l'élément

photoémissif 5, etc., ainsi qu'un dessin imprimé de con-

nexions sont formés sur la carte 4 d'émission lumineuse. Le

couvercle arrière 2 constitue un dispositif pour le rayon-

nement de la chaleur provenant de l'élément photoémissif 5.

La référence 6 désigne deux plots de montage de

carte disposés sur la carte 4. Une lentille 7 de transmis-

sion de lumière de l'élément photoémissif 5 vers l'exté-

rieur du corps 1 du carter est fixée par des vis ou ana-

logues aux extrémités supérieures des deux plots 6 de manière que le centre de la lentille 7 se trouve sur l'axe optique de la lumière provenant de l'élément

photoémissif 5.

D'autre part, plusieurs plots de montage sont placés dans le corps 1 sur la partie d'appui du couvercle arrière 2. Une grande carte 9 d'exécution et d'alimentation en énergie est fixée aux extrémités supérieures des plots 8 de montage et comporte un circuit d'exécution et un circuit d'alimentation. En outre, une carte 11 de réception de lumière est montée sur la carte 9 par l'intermédiaire de

plusieurs plots 10 de montage par des vis 12 et analogues.

La référence 13 désigne deux éléments photorécep- teurs tels que des photodiodes montés sur la carte 11 de réception de lumière, avec un amplificateur de réception de

lumière, un dessin imprimé de connexions, etc. Les len-

tilles 14 de réception de lumière qui sont solidaires l'une de l'autre sont disposées au-dessus des éléments 13 de

réception de lumière afin que leurs axes optiques coïn-

cident avec les axes optiques des éléments photorécepteurs

associés 13 respectivement comme indiqué sur la figure.

Les lentilles 14 de réception de lumière sont fixées à des cadres 15 de montage qui dépassent des plaques latérales du corps 1 par des vis 16 ou analogues afin qu'elles soient parallèles à la carte 9 d'exécution et d'alimentation, à la carte 11 de réception de lumière, etc. La référence 17 désigne un filtre en nid d'abeilles placé entre les lentilles 14 et la plaque de verre 3 afin que la lumière réfléchie soit introduite parallèlement à l'axe optique des lentilles 14, etc., de l'extérieur du corps 1 jusqu'à l'élément photorécepteur 13. La référence 18 désigne une paroi de protection contre la lumière destinée à éviter que la lumière émise par l'élément photoémissif 5 ne soit réfléchie à l'intérieur du corps 1

ou analogue et ne tombe directement sur l'élément photo-

récepteur 13.

Les références 19 et 20 désignent des connecteurs qui peuvent être fixés de façon amovible l'un à l'autre afin qu'ils permettent la connexion entre les cartes 9

d'une part et 4 et 11 d'autre part, si bien que de l'éner-

gie est transmise aux cartes 4 et 11 et des signaux prove-

nant de ces cartes sont reçus par l'intermédiaire d'un

circuit de commande.

La figure 2 est un schéma sous forme synoptique de cet appareil de mesure optique de distance utilisé dans un appareil d'alarme anticollision. Sur la figure 2, un circuit 21 de pilotage de l'élément photoémissif 5 est placé sur la carte 4, et un amplificateur 22 de réception de lumière est placé sur la carte 11 avec un dessin imprimé de connexions, etc. Sur la figure 2, les éléments suivants sont disposés sur la carte 9 qui est aussi représentée sur la figure 1: un circuit 9A de marche-arrêt qui donne une instruction de déclenchement d'émission lumineuse à l'élément photoémissif 5 et une instruction de début de comptage à un compteur 23 de temps et qui donne une instruction d'arrêt de comptage au compteur 23 en fonction du signal de réception de lumière provenant de l'élément photorécepteur 13, le compteur 23 qui compte le temps compris entre le début de l'émission de lumière et le début de la réception de lumière, un microordinateur 24 destiné à exécuter des opérations donnant la distance à un véhicule qui se trouve en avant, d'après le temps compté, et qui transmet un

signal de commande d'un dispositif d'alarme (non repré-

senté) le cas échéant en fonction du résultat obtenu sur la

distance, et un circuit 25 d'alimentation.

On décrit maintenant le fonctionnement. D'abord, à la réception d'une tension d'alimentation du circuit 25 telle qu'une batterie d'accumulateurs lorsque le véhicule de l'utilisateur se déplace, le microordinateur 24 transmet un signal de pilotage provoquant l'émission d'une impulsion lumineuse au circuit 21 de pilotage par l'intermédiaire du compteur 23 et du circuit de marche-arrêt 9A. Ainsi,

l'élément photoémissif 5 reçoit un courant pulsé de pilo-

tage provenant du circuit 21 et émet une impulsion lumi-

neuse. La lumière émise est transmise par la lentille 7 et la plaque de verre 3 vers un véhicule qui se trouve en dehors du corps 1 du carter et constitue un objet qui est

en avant du véhicule de l'utilisateur.

Cette lumière transmise rayonne et est réfléchie par une partie du véhicule qui se trouve en avant (ou une plaque réfléchissante) ou analogue. La lumière réfléchie tombe sur les deux éléments photorécepteurs 13 après avoir traversé la plaque de verre 3 et les lentilles 15 de

réception de lumière, à l'intérieur du corps 1 à nouveau.

Ce signal incident est amplifié par l'amplificateur 22 si bien qu'il commande le circuit 9A de marche-arrêt. Ainsi, le résultat du comptage réalisé dans le compteur 23 de

temps est transmis au microordinateur 24.

Dans ce cas, le circuit 9A de marche-arrêt établit

le moment d'émission de lumière lorsque l'élément photo-

émissif 5 est piloté pour l'émission de lumière par l'intermédiaire du circuit 21 de pilotage, il détecte le

moment de réception de lumière lorsque l'élément photoré-

cepteur 13 reçoit la lumière, et il mesure le temps compris

entre les moments respectifs à l'aide du compteur 23.

Ainsi, le microordinateur 24 obtient la distance au véhicule qui se trouve en avant et qui constitue un objet, en fonction du temps provenant du compteur 23 et, par exemple, une vitesse relative entre le véhicule de l'utilisateur et le véhicule qui se trouve en avant peut être déterminée et simultanément, lorsque la distance est inférieure à une valeur prédéterminée, le microordinateur transmet un signal de commande d'alarme afin que le dispositif d'alarme ou analogue donne une alarme

avertissant l'utilisateur ou le conducteur.

Dans un tel appareil classique de mesure optique de distance, pour que la distance à un objet soit mesurée de cette manière, la carte 4 d'émission de lumière portant la lentille 7 de transmission et l'élément photoémissif 5, la carte 11 de réception de lumière portant les lentilles 14 et l'élément photorécepteur 13, la carte 9 d'exécution et d'alimentation, etc. sont rangées ou enfermées dans le corps 1 du carter comme indiqué précédemment afin que le câblage du circuit électrique puisse avoir une longueur

réduite et que les connexions soient faciles.

Cependant, en général, un tel appareil classique a

une grande dimension globale si bien que, lorsque l'appa-

reil est monté à l'extrémité avant d'un véhicule, il est nécessaire de s'assurer que l'esthétique du véhicule n'est pas dégradée et qu'une admission d'air de refroidissement du moteur n'est pas fermée. En outre, comme la plaque de

verre 3 se trouve à l'avant de l'appareil, il est néces-

saire de s'assurer un espace d'installation suffisamment grand pour que la plaque de verre 3 ne puisse pas être

frappée par une pierre ou analogue et être ainsi brisée.

Cependant, comme un véhicule est réalisé afin qu'il ait de nombreuses fonctions et soit complexe, il a été difficile

de trouver une place pour l'installation.

En outre, comme les parties respectives sont posi-

tionnées en fonction du câblage du circuit électrique dans un tel appareil de mesure optique de distance, des espaces sont formés entre la lentille 7 qui transmet la lumière et la plaque de verre 3, et entre la carte 9 d'exécution et d'alimentation et le couvercle arrière 2 comme indiqué sur le dessin, si bien que le corps 1 du carter a une grande

dimension. Un problème s'est donc posé car il a été diffi-

cile de fixer l'appareil au véhicule.

Par ailleurs, dans un tel appareil de mesure optique de distance, la surface d'émission lumineuse a une forme analogue à une bande ayant un rapport d'allongement d'un côté extrêmement grand et ayant une directivité vers l'avant correspondant à un angle de divergence du faisceau de plusieurs dizaines de degrés. Dans la suite et par

raison de commodité de la description, on suppose que la

direction correspondant à la plus petite largeur de la surface d'émission de lumière est appelée "direction longitudinale", et que la direction de plus grande largeur est appelée "direction transversale", c'est-à-dire que la largeur en direction longitudinale est de quelques microns environ alors que la largeur en direction transversale est de quelques centaines de microns approximativement, soit de

l'ordre de cent fois la largeur dans la direction longitu-

dinale. L'appareil de mesure optique de distance est en

outre caractérisé en ce qu'une diode laser à semi-conduc-

teur utilisée dans l'appareil présente une différence très nette d'angle de divergence du faisceau lumineux entre les

directions respectives longitudinale et transversale.

Ainsi, l'angle de divergence d'un faisceau lumineux émis

est en général d'environ 30 dans la direction longitudi-

nale alors que la largeur est plus faible et correspond à environ en direction transversale dans laquelle la largeur est plus grande. D'autre part, à 100 m en avant, la configuration d'une zone voulue à détecter, c'est-à-dire la configuration d'une surface qui doit être irradiée par le faisceau laser, peut être estimée comme étant par exemple d'environ 8 m en largeur transversale, correspondant presque à la largeur d'une voie, et d'environ 4 m en largeur longitudinale, correspondant presque à la hauteur d'un véhicule. Pour qu'une surface irradiée qui est

allongée latéralement avec un rapport d'allongement d'envi-

ron 1/2 soit formée à 100 m environ de distance par utili-

sation d'un tel laser à semi-conducteur comme source lumineuse, il faut disposer d'un système optique spécial fonctionnant par transmission de lumière dans lequel le taux de compression de l'angle de divergence du faisceau dans la direction longitudinale est approximativement égal

à six fois celui de la direction transversale.

On peut considérer comme candidat pour un tel système optique spécial un système dans lequel une fente ayant un rapport d'allongement d'environ 1/2 est placée en avant d'une diode laser à semi-conducteur comme indiqué sur

la figure 3, afin que seule la partie d'un faisceau lumi-

neux ayant un angle de divergence qui ne dépasse pas 1 à 3 environ soit transmise. Dans cette configuration, il est possible de réaliser un système optique fonctionnant par transmission de lumière de manière extrêmement facile et peu coûteuse. Cependant, dans un tel système optique de transmission de lumière utilisant une simple fente, comme la plus grande quantité de la lumière émise par la source lumineuse est réfléchie sur la fente ou absorbée à l'intérieur en vain, un problème est dû au fait que la quantité de lumière émise vers un objet est réduite de façon considérable, si bien que la sensibilité de détection

diminue extrêmement.

Si le système optique de transmission de lumière est constitué par une lentille convexe afin que les angles de divergence des faisceaux lumineux dans les directions longitudinale et transversale soient comprimés à une valeur de quelques degrés, la quantité de lumière émise peut être utilisée efficacement, et le problème posé par le cas d'une fente unique peut être résolu. Cependant, comme le taux voulu de compression de l'angle de divergence en direction longitudinale est différent de celui de la direction transversale et à peu près six fois plus grand, il faut

utiliser une combinaison spéciale d'un ensemble de len-

tilles pour réaliser les différents taux de compression dans les directions longitudinale et transversale. Un tel

système à lentilles combinées peut être réalisé par combi-

naison de lentilles cylindriques plan-convexe 151 et 152 donnant la compression respective des angles de divergence

du faisceau dans les directions longitudinale et trans-

versale avec des taux de compression différents, comme

indiqué sur la figure 4(A).

Pour simplifier un mécanisme de support de l'ensemble à lentilles de la figure 4(A), les surfaces plates des lentilles cylindriques plan-convexe 151 et 152 sont de préférence raccordées mutuellement par un adhésif afin qu'elles soient intégrées comme indiqué sur la figure 4(B). En outre, de préférence, comme l'indique la figure 4(C), les lentilles 151 et 152 sont formées en une seule pièce par moulage par injection d'une résine transparente afin que non seulement il soit possible d'éviter les pertes par réflexion de lumière laser produites à la surface du

raccord des deux lentilles et la détérioration des caracté-

ristiques optiques accompagnant leur séparation, mais aussi

qu'il soit possible de réduire le travail d'assemblage.

Dans la structure intégrée de lentille formée par moulage par injection d'une résine transparente comme représenté sur la figure 4(C), on obtient les divers

avantages précités. Cependant, dans cette structure inté-

grée, l'épaisseur globale augmente si bien qu'un problème de conservation d'une précision élevée de configuration devient difficile. On décrit d'abord la raison pour laquelle l'épaisseur des lentilles optiques de la structure intégrée est accrue. On suppose que, dans les lentilles cylindriques ayant la structure intégrée, l'épaisseur de la partie plate est nulle comme indiqué en perspective sur la

figure 5(A) et, pour la commodité de la description, que

les distances focales dues aux courbures respectives des surfaces courbes sont égales. Les figures 5(B) et 5(C) représentent des coupes longitudinale et transversale contenant les axes optiques respectifs. Dans les lentilles cylindriques ayant la structure intégrée des figures 5(A) à

5(C), comme les taux de compression des angles de diver-

gence d'un faisceau en directions longitudinale et trans-

versale sont égaux, ces lentilles peuvent être remplacées

par une lentille plan-convexe formant l'équivalent optique.

Les figures 6(A) à 6(C) sont une vue en perspective et des

coupes longitudinale et transversale d'une lentille plan-

convexe équivalente.

La comparaison des figures 5(A) et 5(B) et des figures 6(A) et 6(B) montre que la totalité de l'épaisseur des lentilles cylindriques ayant la structure intégrée est

deux fois supérieure à l'épaisseur de la lentille plan-

convexe. Ceci est dû au fait que les surfaces courbes respectives de compression des angles de divergence de la lumière dans les directions longitudinale et transversale sont formées dans un espace commun dans le cas de la lentille plan-convexe alors que ces surfaces courbes sont formées dans des espaces séparés dans le cas de lentilles cylindriques à structure intégrée. Ceci s'applique aussi au cas des lentilles cylindriques réalisées en pratique ayant une structure intégrée et ayant des courbures de surface

différentes, c'est-à-dire des épaisseurs différentes.

Dans le cas o les lentilles cylindriques de la structure intégrée représentée sur les figures 5(A) à 5(C) sont formées par moulage par injection, lorsque l'épaisseur augmente, il devient très difficile de conserver une précision de configuration. On en décrit les raisons. De manière connue, le moulage par injection est réalisé par chargement d'une résine fondue à température élevée dans un moule métallique avec une pression déterminée, puis par

refroidissement et solidification de cette résine intro-

duite. Ce refroidissement est réalisé par rayonnement de la chaleur de la résine à haute température vers le moule métallique. En conséquence, la température de la partie périphérique de la résine qui est au contact du moule métallique diminue d'abord, et le refroidissement et la solidification avancent progressivement de ces parties périphériques vers l'intérieur. Une grande contrainte thermique et une grande distorsion thermique sont produites

pendant la contraction thermique au moment du refroidis-

sement si bien que la précision de la configuration finale est détériorée. Cette détérioration de précision de la configuration devient importante lorsque la différence de température entre la partie périphérique et la partie

centrale de la résine qui se solidifie augmente, c'est-à-

dire lorsque l'anisotropie et l'épaisseur de la configu-

ration augmentent. Ainsi, dans une lentille dont la confi-

guration présente une anisotropie importante, lorsque l'épaisseur devient élevée, une distorsion thermique est produite lors de la solidification, si bien qu'un problème se pose car la précision de la configuration de la surface courbe est réduite à grande échelle ou une fissure est formée dans le cas d'une distorsion très grande, si bien qu'il est pratiquement impossible de réaliser une lentille

en pratique.

D'autre part, on peut considérer que la surface optimale de détection d'un appareil de mesure optique de distance a une forme rectangulaire qui est grande d'un côté à l'autre si bien que la largeur transversale est d'environ 8 m, c'est-à-dire correspond à la largeur d'une voie de circulation, et la largeur longitudinale est d'environ 4 m, c'est-à-dire qu'elle correspond à la hauteur maximale d'un véhicule, à une position éloignée d'environ 100 m comme indiqué précédemment. Dans un appareil de mesure optique de

distance, si la surface de détection a cette grande dimen-

sion, la lumière réfléchie par un véhicule d'une voie adjacente et qui ne doit pas être détectée est aussi détectée et constitue un inconvénient. En conséquence, comme l'indique la figure 7, la configuration d'une surface photoréceptrice 162 sur laquelle est focalisée la lumière réfléchie dans cette zone de détection par la lentille convexe 161 doit avoir une forme rectangulaire allongée

d'un côté à l'autre avec un rapport d'allongement approxi-

mativement égal à 1/2 (h/w = 1/2), analogue au rapport

d'allongement de la région de détection.

Habituellement, la configuration de l'élément photorécepteur utilisé de façon générale, tel qu'une

photodiode à avalanche (APD), est circulaire. En consé-

quence, pour qu'une image se trouvant dans la région de détection soit focalisée sur une surface photoréceptrice par utilisation d'une lentille de réception de lumière, il faut qu'une fente ayant une partie d'ouverture dont la configuration est allongée d'un côté à l'autre et ayant un rapport d'allongement d'environ 1/2 analogue à celui de la région de détection soit placée aussi près que possible de

la surface de réception de lumière du détecteur à photo-

diode à avalanche. Par exemple, comme l'indique la figure 8, une fente 112 ayant une partie d'ouverture 112a allongée d'un côté à l'autre et ayant pratiquement le même rapport d'allongement que la région de détection doit être liée et fixée à la surface photoréceptrice 111 de la photodiode à avalanche. Dans l'élément de réception de lumière combiné à la

fente représentée sur la figure 8 de la surface photorécep-

trice de la photodiode à avalanche, la plus grande partie de la partie périphérique devient une zone inutile et ne contribue pas au fonctionnement pendant la conversion photoélectrique. Une telle zone inutile est non seulement là inutile au point de vue du coût de fabrication, de la consommation d'énergie, etc., mais elle pose aussi un problème parce que la zone inutile réduit le rendement au moment de la fabrication ou la capacité associée détériore le fonctionnement de l'élément ou réduit la fiabilité de

l'élément dans son ensemble.

La présente invention a donc pour objet la solution

des problèmes précités.

La présente invention a aussi pour objet la réalisa-

tion d'un appareil de mesure optique de distance dans lequel la distance comprise entre un élément photoémissif et une lentille de transmission de lumière et la distance comprise entre un élément photorécepteur et une lentille de réception de lumière sont approximativement constantes si bien qu'il est possible de mesurer la distance à un objet avec précision en fonction des données optiques de distance

de l'objet.

L'invention a aussi pour objet la réalisation d'une lentille de transmission de lumière d'épaisseur si faible qu'elle peut être intégrée à une tête laser ou analogue par

moulage par injection d'une résine transparente.

L'invention a aussi pour objet la réalisation d'un élément photorécepteur d'un appareil de mesure optique de distance grâce auquel il est non seulement possible de

réduire le coût de fabrication et la consommation d'éner-

gie, mais il est aussi possible d'augmenter le rendement au moment de la fabrication, la vitesse de fonctionnement et

la fiabilité de l'élément dans son ensemble.

L'invention concerne ainsi un appareil de mesure optique de distance dans lequel la lumière d'un élément photoémissif est transmise à un objet à travers une lentille de transmission de lumière, et la lumière réfléchie par l'objet est reçue par un élément photorécepteur après passage dans une lentille de réception de lumière afin que la distance à l'objet soit mesurée en fonction du moment de la transmission de lumière et du moment de la réception de lumière, l'appareil comprenant une carte d'émission-réception de lumière sur laquelle sont

installés l'élément photoémissif et l'élément photorécep-

teur, et un organe de support de lentille placé en avant de la carte d'émission-réception de lumière de manière que la lentille de transmission de lumière et la lentille de réception de lumière soient pratiquement à la même distance de l'élément photoémissif et de l'élément photorécepteur respectivement.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion seront mieux compris à la lecture de la description

qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe en plan représentant un appareil classique de mesure optique de distance; la figure 2 est un diagramme synoptique d'un circuit photoélectrique de l'appareil de mesure optique de distance de la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective représentant un exemple de structure de système optique fonctionnant par transmission de lumière, ayant une tête laser et constitué par une simple fente; les figures 4(A) à 4(C) sont des vues en perspective représentant des exemples de structure d'un système à lentille de transmission de lumière d'une tête laser constitué par la combinaison de deux lentilles cylindriques; les figures 5(A) à 5(C) sont respectivement une vue

en perspective et des coupes permettant la description de

l'épaisseur d'un système à lentille de transmission de lumière constitué par la combinaison de deux lentilles cylindriques; les figures 6(A) à 6(C) sont respectivement une vue en perspective et des coupes permettant la représentation de l'épaisseur d'un système à lentille de transmission de lumière constitué par une lentille plan-convexe, comparée à la combinaison de deux lentilles cylindriques; la figure 7 est un schéma de principe permettant la

description d'une région de détection d'un appareil de

mesure optique de distance; la figure 8 est une vue en plan représentant la structure d'un élément photorécepteur d'un appareil clas- sique de mesure optique de distance; la figure 9 est une coupe en plan d'un mode de réalisation d'appareil de mesure optique de distance selon l'invention; la figure 10 est un diagramme synoptique d'un circuit photoélectrique de l'appareil de mesure optique de distance de la figure 9;

les figures 11(A) à 11(C) sont des vues en perspec-

tive, en coupe transversale et en coupe longitudinale respectivement d'un mode de réalisation de lentille de transmission de lumière d'une tête laser selon l'invention; les figures 12(A) à 12(C) sont respectivement une vue en perspective, une coupe transversale et une coupe

longitudinale de la structure d'une lentille de transmis-

sion de lumière dans un autre mode de réalisation de l'invention; les figures 13(A) à 13(C) sont respectivement une vue en perspective, une coupe transversale et une coupe longitudinale représentant la structure d'une lentille de transmission de lumière dans un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 14 est une vue en perspective de la structure d'une lentille de transmission de lumière dans un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 15 est une coupe d'un exemple de structure d'une tête laser ayant la lentille de transmission de lumière de la figure 14;

la figure 16 est une coupe permettant la description

d'un exemple de réalisation qui dépend de la compression de l'angle de divergence d'un faisceau lumineux en direction verticale, provenant de la tête laser de la figure 15;

la figure 17 est une coupe permettant la description

d'un exemple de réalisation lié à la compression de l'angle de divergence d'un faisceau lumineux dans la direction horizontale, par la tête laser de la figure 15; la figure 18 est une vue en plan représentant un mode de réalisation d'élément photorécepteur d'un appareil de mesure optique de distance selon l'invention; et la figure 19 est une vue en perspective représentant l'état dans lequel l'élément photorécepteur de la figure 18

est placé dans un boîtier.

On décrit maintenant, en référence aux dessins, un

mode de réalisation d'appareil de mesure optique de dis-

tance selon l'invention. Sur la figure 9, la référence 31 désigne un corpsde carter dans lequel est fixée une plaque 32 de verre constituant une plaque de transmission de lumière sur une partie d'ouverture afin que l'intérieur soit fermé et protégé de manière étanche contre l'eau. La référence 33 désigne un organe de support de lentille

constitué par des organes métalliques ou de matière plas-

tique. Les parties d'extrémité de l'organe 33 sont suppor-

tées par des pièces 34 de montage et des parties 35 de gradin formées et dépassant aux quatre coins de la paroi

interne du corps 31 près de la plaque 32.

Un trou débouchant 36 destiné à la transmission et au passage de lumière est formé du côté gauche de l'organe 33 de support de lentille, et une partie 37 de capot de forme annulaire dépassant vers l'avant et une partie conique 38 de protection contre la lumière qui dépasse vers

l'arrière sont placées du côté droit sous forme intégrée.

En outre, une partie 39 de montage d'un miroir sur l'axe optique est placée du côté droit de la partie 37 de capot

et en est solidaire.

La référence 40 désigne une lentille de transmission de lumière fixée à l'organe 33 de support de lentille par une vis 41 afin que le trou débouchant 36 soit fermé, et la référence 42 désigne une lentille de réception de lumière fixée à une partie de base à l'intérieur de la partie 37 de capot, dans l'organe 34 de support de lentille, afin qu'elle soit fixée pratiquement au même niveau que la

lentille 40 de transmission de lumière.

La référence 43 désigne un filtre interférentiel introduit par une extrémité d'ouverture (extrémité avant) de la partie 37 de capot, et la référence 44 désigne un miroir placé sur l'axe optique, fixé à la partie 39 de montage par une vis 45. Le miroir 44 est utilisé pour

l'ajustement de l'axe optique lorsque le corps de l'appa-

reil est monté sur un véhicule.

La référence 46 désigne un capteur de détecteur de tache placé sur l'organe 33 placé afin qu'il ne ferme pas le trajet photométrique de la lentille 40 et qu'il se trouve en face de la plaque de verre 32. Ce capteur 46 est destiné à détecter le moment o la plaque de verre 32 est

tachée et transmet un signal demandant un nettoyage.

Les références 47 et 48 représentent des saillies longue et courte de montage formées sous forme solidaire afin qu'elles dépassent de plusieurs emplacements de la face arrière de l'organe 33, la référence 49 désigne une carte d'exécution placée à l'arrière de la saillie 48 de montage et la référence 50 un talon fixé à un trou 52 de vissage de la saillie 48 de montage par passage d'une partie filetée 51 à l'extrémité supérieure dans un trou de montage (non représenté) formé dans la carte 49 afin que

celle-ci soit retenue.

La référence 53 désigne une carte d'émission-récep-

tion de lumière placée à l'arrière du talon 50 et la référence 54 désigne un talon fixé par vissage à un manchon 56 par introduction d'une partie filetée 55 à l'extrémité supérieure dans un trou de montage (non représenté) formé dans la carte 53 d'émission-réception de lumière afin que

cette carte 53 soit supportée.

La référence 57 désigne une carte d'alimentation placée à l'arrière du talon 54 et la référence 58 désigne une vis qui pénètre dans le trou taraudé 53 du talon 54 par un trou de montage (non représenté) formé dans la carte 57 d'alimentation afin que cette carte 57 soit fixée au talon 54. En outre, une partie de la carte d'alimentation 57 est fixée à l'extrémité supérieure de la saillie allongée 47

par une vis 60.

De cette manière, la carte 49 d'exécution, la carte

53 d'émission-réception de lumière et la carte 57 d'alimen-

tation sont placées de manière qu'elles soient solidaires de l'organe de maintien 33 grâce aux saillies de montage 47

et 48 et aux talons 50 et 54.

La carte 53 d'émission-réception de lumière est découpée et munie d'un élément photoémissif 61, par exemple une diode laser à semi- conducteur ou analogue, d'un circuit d'émission de lumière comprenant un circuit de pilotage de l'élément 61, d'un élément photorécepteur 62, et d'un circuit de réception de lumière comprenant un amplificateur de réception de lumière ainsi qu'un dessin imprimé de connexions. Un carter 63 de rayonnement de chaleur et de protection dans lequel est moulée une résine de synthèse 63a ayant une excellente conductibilité thermique, est fixé à la surface arrière (du dos) de la carte 53 près de l'élément photoémissif 61. Une partie (clou ou analogue) du bord périphérique du carter 63 dépasse vers le haut par un trou de montage formé dans la carte 53 afin que le carter 63 soit connecté thermiquement à l'élément photoémissif 61

par une résine de synthèse 63a analogue à la résine préci-

tée et qui a été placée sur la carte 53. Les résines synthétiques respectives 63a des faces supérieure et inférieure de la carte 53 sont liées par un trou 53a

d'injection formé dans la carte 53.

La référence 64 désigne un trou débouchant destiné à

transmettre la lumière et à former un trajet photométrique.

Ce trou 64 est formé dans la carte 49 placée en avant de la carte 53. Le trou 64 a une dimension prédéterminée sur l'axe optique de l'élément photoémissif 61. Une photodiode 65 de contrôle de la lumière L à l'extérieur du trajet photométrique passant dans le trou 64 à partir de l'élément 61 détecte si celui-ci fonctionne normalement ou non. Le diamètre du trou 64 est déterminé afin qu'il transmette de la lumière (angle 8) éclairant le voisinage de la lentille ainsi que de la lumière (angle 8) utilisée efficacement

pour la photométrie.

La référence 66 désigne un trou de transmission de la lumière réfléchie. Ce trou 66 est formé dans la carte 49. Le trou 66 a un emplacement correspondant à l'élément photorécepteur 62. Un trou 67 de transmission placé à l'extrémité de petit diamètre de la partie conique 38 de protection de lumière est placé à la périphérie externe de l'élément photorécepteur 62, si bien que la lumière émise par l'élément photoémissif 61 ne peut pas être directement réfléchie à l'intérieur du corps 31 et ne peut pas tomber

directement sur l'élément photorécepteur 62.

Bien que deux photodiodes de sensibilité insuffi-

sante soient montées en parallèle comme élément photorécep-

teur 62 de manière classique, une photodiode à avalanche ayant une excellente sensibilité à la réception de lumière

est utilisée dans ce cas.

Un circuit de marche-arrêt destiné à déterminer le

moment de l'émission de lumière et le moment de la récep-

tion de lumière est incorporé à la carte 53, par exemple en position intermédiaire. D'autre part, la carte 49 comporte un circuit compteur qui mesure le temps compris entre le moment de la transmission de lumière et le moment de la réception de lumière, établis et détectés sous la commande du circuit de marche-arrêt, et un microordinateur destiné à exécuter une opération d'obtention de la distance à un objet, tel qu'un véhicule placé en avant, d'après le résultat de la mesure du circuit compteur, ainsi qu'un dessin imprimé de connexions et analogue. La carte 49 d'exécution est montée avec le microordinateur et ses

circuits périphériques correspondant au traitement unique-

ment. Ainsi, aucune autre fonction n'est remplie si bien qu'il est possible de former le dessin complexe et voulu de

connexions qui facilite la réalisation.

La référence 68 désigne un transformateur d'alimen-

tation placé sur la carte 57 d'alimentation et disposé entre une partie d'extrémité de la carte 53, une partie d'extrémité de la carte 49 et une plaque latérale du corps 31 du carter. Le transformateur 68 transmet les tensions nécessaires aux circuits respectifs des cartes 53 et 49 et en même temps transmet une tension d'alimentation élevée à l'élément photorécepteur 62 qui est une photodiode à avalanche. La référence 70 désigne une partie à ligne d'extraction ayant une structure étanche et utilisée pour l'extraction des données de distance mesurée et leur

transmission à l'extérieur et pour toute autre utilisation.

La figure 10 est un diagramme synoptique représen-

tant le circuit photoélectrique de l'appareil de mesure

optique de distance. Sur la figure 10, la carte 53 d'émis-

sion-réception de lumière comprend l'élément photoémissif 61, un circuit 71 de pilotage de l'élément 61, l'élément photorécepteur 62, un amplificateur 72 destiné à amplifier le signal de réception de lumière de l'élément 62, et un circuit 73 de marche-arrêt destiné à établir et détecter les moments précités de transmission et de réception de lumière. La carte 49 d'exécution comporte un compteur 74 qui reçoit les informations relatives aux moments d'émission et de réception de lumière, et qui mesure le temps compris entre ces moments, et un microordinateur 75 qui effectue une opération donnant la distance à l'objet en fonction du résultat de la mesure par le compteur 74. La référence 76

désigne un circuit d'alimentation qui comporte un transfor-

mateur 68 et qui est placé sur la carte 57 d'alimentation.

On décrit maintenant le fonctionnement lors d'une opération anticollision à titre d'exemple. D'abord, pendant

le roulement d'un véhicule d'un utilisateur, le microordi-

nateur 75, qui reçoit une tension d'alimentation du circuit 76, transmet un signal de pilotage au circuit 71 par l'intermédiaire du circuit de marche-arrêt 73 afin qu'il assure une émission de lumière. L'élément photoémissif 61 reçoit un courant de pilotage du circuit 71 et émet ainsi de la lumière. La lumière émise est transmise par la lentille 40 et la plaque 32 de verre vers un véhicule qui constitue un objet placé à l'extérieur du corps 31 et devant le véhicule de l'utilisateur, Cette lumière transmise est rayonnée et réfléchie par une partie du véhicule (ou une plaque réfléchissante) ou analogue. La lumière réfléchie traverse à nouveau la plaque de verre 32 et tombe sur l'élément photorécepteur 62 en traversant la lentille 42 avant de pénétrer dans le corps 31 du carter. Ce signal incident est amplifié dans l'amplificateur 72 puis transmis au microordinateur 75 par l'intermédiaire du circuit 73 de marche-arrêt et du

compteur 74.

Dans ce cas, le circuit 73 de marche-arrêt établit et détecte le moment o le circuit de pilotage 71 provoque l'émission de lumière par l'élément 61 et le moment auquel l'élément 62 reçoit la lumière, et le compteur 74 mesure le

temps qui s'écoule entre les moments respectifs.

Ainsi, le microordinateur 75 obtient la distance au véhicule qui se trouve en avant à partir du temps provenant du compteur 74, et il transmet un signal de commande le cas échéant pour la commande d'un circuit d'alarme lorsque la

distance obtenue ne dépasse pas une valeur prédéterminée.

Comme le circuit 73 de marche-arrêt est placé du côté de la carte 53 dans ce mode de réalisation, il est possible de détecter le moment d'émission de lumière de l'élément 61 et le moment de réception de lumière par l'élément 62 avec précision sans influence due à un retard en ligne. Ceci contribue beaucoup à l'augmentation de la

précision de la mesure de distance.

Dans un tel appareil de mesure optique de distance, la distance est mesurée de manière que non seulement la position de la lentille 40 de transmission de lumière par rapport à l'élément photoémissif 61 et la position de la lentille 42 de réception de lumière par rapport à l'élément photorécepteur 62 mais aussi les positions mutuelles de ces éléments puissent rester constantes uniquement lorsque

l'organe 33 de support de lentille et la carte d'émission-

réception de lumière 53 ont des positions prédéterminées dans le corps du boîtier 31. Ainsi, la longueur de l'axe optique ne subit aucune dispersion et il est donc possible de donner avec une précision élevée le résultat de la

détection de distance d'un objet.

* En outre, un espace mort formé entre la lentille 33

et la carte 53 peut être utilisé efficacement par introduc-

tion de l'élément formant le trou débouchant 64 qui déli-

mite le trajet photométrique ou analogue limité à une région prédéterminée, ou de la carte 49 d'exécution qui

comporte le circuit d'exécution.

En outre, comme la carte 57 d'alimentation comporte le transformateur 68 placé à l'arrière de la carte 53 et sur le côté des cartes 53 et 49, il est possible de placer le transformateur 68 à un endroit o il ne se trouve pas

sur le trajet de montage des cartes 53, 49 et 57.

En outre, la résine synthétique 63a de conductivité thermique élevée est placée au préalable dans le carter 63 fixé à la face arrière de la carte 53 par le trou 53a d'injection formé dans la carte 53. Il est donc possible de transférer la chaleur de l'élément photoémissif 61 au carter 63 par l'intermédiaire de la résine de synthèse 63a placée à la face supérieure de la carte 53 de manière que la périphérie externe de l'élément photoémissif 67 soit recouverte par la résine synthétique analogue 63a du carter 63, si bien qu'il est possible de réaliser un échange de chaleur entre le carter 63 et l'atmosphère qui au contact

de sa surface.

En outre, la photodiode 65 de détection de lumière placée à l'extérieur du trajet photométrique est disposée près du trou débouchant 64 du côté de transmission de lumière dans la carte 49. Si la lumière provenant de l'élément photoémissif 61 est reçue par cette photodiode 65 et si le signal de sortie de la photodiode 65 est contrôlé, il est possible de déterminer si le fonctionnement de

l'élément 61 est normal ou non.

De plus, les saillies de montage 47 et 48 destinées à fixer les cartes 53, 49 et 57 par les manchons ou talons 50 et 54 respectivement sont rendues solidaires de l'organe 33 de support des lentilles 40 et 42. Il est donc possible d'installer des parties de mesure optique de distance sur le corps 31 comme un tout et d'une manière facile à un état dans lequel les cartes 53, 49 et 57 sont couplées ensemble

à l'organe 33 de support de lentille.

Un circuit d'émission de lumière et un circuit de réception de lumière sont montés sur une seule et même carte 53 d'émission-réception. Près de la carte 53, la carte 49 d'exécution ayant le microordinateur 75 dans le circuit exécutant une opération donnant la distance à un objet est placée entre la carte 53 et l'organe 33 qui porte la lentille 40 de transmission de lumière et la lentille 42 de réception de lumière qui sont placées au même niveau. En outre, la carte 57 d'alimentation est placée à l'arrière de la carte 53. Grâce à cette configuration, il est possible de réduire la largeur et la profondeur du corps 31 de carter qui les contient si bien qu'il est possible de miniaturiser l'ensemble de la configuration. Il est donc possible de trouver un espace pour le montage du corps 31

sur un véhicule.

En outre, selon l'invention, un seul côté du corps 31 a une partie d'ouverture, et la plaque 32 de verre est

fixée à la partie d'ouverture de manière étanche à l'eau.

Il est donc possible d'améliorer l'étanchéité du corps 31 par rapport à un corps ayant un couvercle arrière de

manière classique.

Bien que, dans les modes de réalisation précités, la distance à un véhicule qui se trouve en avant soit obtenue afin que le véhicule de l'utilisateur ne puisse pas le

percuter, l'invention n'est pas limitée à cette caracté-

ristique et peut s'appliquer à la mesure de distance de

corps mobiles quelconques de façon générale.

On a décrit un organe de support de lentille portant des lentilles de transmission de lumière et de réception de lumière pratiquement à une même distance d'un élément photoémissif et d'un élément photorécepteur respectivement en avant de la carte d'émission-réception portant l'élément photoémissif et l'élément photorécepteur. Grâce à cette

configuration, la distance comprise entre l'élément photo-

émissif et la lentille de transmission de lumière et la distance comprise entre l'élément photorécepteur et la

lentille de réception de lumière sont pratiquement cons-

tantes si bien que la distance à un objet peut être mesurée avec précision d'après les données optiques de distance à l'objet. Les figures 11(A) à 11(C) sont respectivement une vue en perspective et des coupes d'un mode de réalisation de lentille de transmission de lumière d'une tête laser

selon l'invention. La figure 11(B) est une coupe longitu-

dinale par un plan vertical contenant un axe optique et la

figure 11(C) est une coupe transversale par un plan hori-

zontal contenant l'axe optique. Cette lentille de transmis-

sion de lumière est constituée par une lentille plan-

convexe 81a et une lentille cylindrique plan-convexe 81b, formées en une seule pièce par moulage par injection à l'aide d'une résine transparente afin que les surfaces plates soient communes. La lentille de transmission de lumière de ce mode de réalisation peut être utilisée dans l'appareil précité de mesure optique de distance. Par exemple, la lentille de transmission de lumière peut aussi être placée dans une tête laser d'un appareil de mesure

optique de distance comme indiqué sur la figure 15.

Différents angles de divergence en directions longitudinale et transversale d'un faisceau lumineux émis par un laser à semi-conducteur sont comprimés dans les directions longitudinale et transversale d'un facteur d'échelle identique par la lentille plan-convexe 81a. Dans le cas de l'exemple destiné à être utilisé sur la figure , le taux de compression de la lentille plan-convexe 81a

est établi à une valeur grâce à laquelle l'angle de diver-

gence d'environ 10 en direction transversale du faisceau lumineux peut être comprimé à la valeur voulue d'environ quelques degrés. La compression de l'angle de divergence en direction transversale est obtenue uniquement avec la

lentille plan-convexe 81a. Dans ce cas, le taux de compres-

sion par utilisation de la lentille plan-convexe 81a ne suffit pas pour la compression de l'angle de divergence d'environ 30 en direction longitudinale à une valeur

supérieure à la compression en direction transversale.

Cette réduction du taux de compression est réalisée parce que la lentille cylindrique plan-convexe 81b comprime

uniquement en direction longitudinale.

Les figures 12(A) à 12(C) sont une vue en perspec-

tive, une coupe longitudinale et une coupe transversale

respectivement de la structure d'une lentille de transmis-

sion de lumière dans un autre mode de réalisation de l'invention. Cette lentille est constituée par une lentille plan-convexe 81a et une lentille cylindrique plan-concave 81b' qui sont formées en une seule pièce par moulage par injection à l'aide d'une résine transparente afin que les surfaces plates soient communes. Par exemple, la lentille de transmission de lumière de ce mode de réalisation est

placée dans la tête laser représentée sur la figure 15.

Dans le mode de réalisation des figures 12(A) à 12(C), le taux de compression de la lentille plan-convexe 81a est établi à une valeur grâce à laquelle l'angle de divergence d'environ 30 en direction longitudinale du faisceau lumineux peut être comprimé à la valeur voulue de quelques degrés environ. La compression de l'angle de

divergence en direction longitudinale est obtenue unique-

ment avec la lentille plan-convexe 81a. Dans ce cas, le taux de compression assuré par la lentille plan-convexe 81a uniquement est excessif pour la compression de l'angle de divergence d'environ 10 en direction transversale afin

qu'il soit plus petit que dans la direction longitudinale.

L'excès du taux de compression est corrigé par la lentille cylindrique plan-concave 81b' qui augmente l'angle de divergence uniquement en direction longitudinale si bien que l'angle de divergence de quelques degrés environ peut

être obtenu finalement.

Les figures 13(A) à 13(C) sont respectivement une vue en perspective, une coupe longitudinale et une coupe transversale de la structure d'une lentille de transmission

de lumière dans un autre mode de réalisation de l'inven-

tion. Cette lentille de transmission de lumière est consti-

tuée par une lentille plan-convexe 81a et une lentille cylindrique planconcave 81b', formées en une seule pièce par moulage par injection avec une résine transparente afin

que les surfaces plates a et P se recoupent dans la direc-

tion de l'axe optique. Dans ce mode de réalisation,

l'épaisseur de la lentille combinée devient minimale.

L'effet optique de la lentille de transmission de lumière est le même que dans le cas précité des figures 12(A) à

12(C).

La figure 14 est une vue en perspective de la structure d'une lentille de transmission de lumière dans un autre mode de réalisation de la présente invention. Cette lentille de transmission de lumière est constituée par une

lentille plan-convexe 81a et une lentille cylindrique plan-

convexe 81b qui sont formées en une seule pièce par moulage par injection à l'aide d'une résine transparente de manière que les surfaces plates soient communes, et une fente 81c est formée afin qu'une couche d'absorption de lumière soit formée dans la partie périphérique de la surface courbe de

la lentille cylindrique plan-convexe 81b par sérigraphie.

Comme indiqué précédemment, la lentille plan-convexe 81b est destinée à assurer la compensation. En conséquence, la courbure de sa surface courbe est si progressive que la sérigraphie sur la surface courbe peut être réalisée

facilement et en toute sécurité.

La figure 15 est une coupe d'un exemple de structure d'une partie principale d'une tête laser d'un appareil de mesure optique de distance ayant la lentille intégrée 81 de transmission de lumière représentée sur la figure 14. Cette lentille 81 constituée par la lentille plan-convexe 81a et la lentille cylindrique plan-convexe 81b est maintenue dans

un support interne 82, et le support interne 82 est main-

tenu dans un support externe 83. Le support externe 83 est

supporté par un cadre 84. Le support interne 82 est sup-

porté afin qu'il soit mobile vers l'avant et vers l'arrière dans la direction de l'axe optique à l'intérieur du support 83 et sa position terminale est fixée par une vis d'arrêt 86. Un verre protecteur 85 est placé devant le support externe 83. Une diode laser à semi-conducteur 87 placée dans un carter monté sur une carte 88 de circuit imprimé

est disposée à l'arrière de la lentille 81.

On décrit maintenant un exemple de réalisation de la tête laser de la figure 15. On suppose que les angles de divergence du faisceau d'une diode laser à semi-conducteur sont de 30 en direction verticale et de 10 en direction horizontale, et que les angles de divergence sont comprimés à environ 1,7 en direction verticale et à environ 2,7 en direction horizontale, si bien qu'une surface d'irradiation allongée d'un côté à l'autre est formée avec un rapport d'allongement d'environ 1/2 à l'avant de la tête. Un exemple de réalisation qui est décrit dans la suite est un

exemple final obtenu empiriquement par itération et com-

prend des cas dans lesquels diverses constantes ou variables ont des valeurs voisines des valeurs finalement obtenues. D'abord, on décrit la formation d'un faisceau en

direction verticale. Les constantes et variables respec-

tives représentées sur la figure 16 pour la lentille plan-

concave 81a, la lentille cylindrique plan-convexe 81a et la lentille 81 de transmission de lumière constituée de ces lentilles 81a et 81b combinées sont déterminées de la manière suivante: fl = distance focale de la lentille plan-convexe 81a (égale à 40 mm) f2 = distance focale de la lentille cylindrique plan-convexe 8lb (égale à 120 mm) a = distance entre le second point principal de la lentille plan- convexe 81a à la surface d'émission lumineuse S (égale à 33 mm) d = distance entre le second point principal de la lentille plan-convexe 81a et un premier point principal de la lentille plan-convexe cylindrique 81b (égale à 8,1 mm) t = distance du premier point principal de la lentille cylindrique plan-convexe 81b à son second point principal (égale à 1,5 mm)

z = distance comprise entre le second point prin-

cipal de la lentille cylindrique plan-convexe 81b et le second point principal de la lentille combinée

f = distance focale de la lentille 81 de transmis-

sion de lumière, obtenue par combinaison a' = distance à la surface S d'émission de lumière d'un second point principal de la lentille 81 obtenue par combinaison b' = distance à une image de la surface S d'émission de lumière du second point principal de la lentille 81 obtenue par combinaison ev = moitié de l'angle de divergence du faisceau lumineux en direction verticale (30 /2 = 15 ) 8v' = angle de divergence d'un faisceau lumineux

traversant la lentille 81 obtenu par combinaison (demi-

angle) Lorsque fl = 40 mm, f2 = 140 mm et d = 8,1 mm sont utilisés dans la relation entre les distances focales fl et f2 des lentilles 81a et 81b et la distance focale f de la lentille combinée 81, la distance focale combinée f peut être obtenue sous la forme suivante: f = (fl'f2)/(fl + f2 - d) (1) = (40 x 120)/(40 + 120 - 8,1) = 31,6 mm Ensuite, la distance z comprise entre le second point principal de la lentille cylindrique plan-convexe 81b et le second point principal de la lentille combinée 81 peut être exprimée sous la forme: z = f - f2(f1 - d)/(f1 + f2 - d) (2) = 31,6 - 120(40 - 8,1)/(40 + 120 - 8,1) = 6,4 mm La distance a du second point principal de la lentille plan-convexe 81a à la surface d'émission de lumière S est égale à 33 mm, et la distance t du premier point principal de la lentille cylindrique plan-convexe 81b au second point principal est de 1,5 mm. La distance a' de la surface d'émission lumineuse S au second point principal

de la lentille 81 obtenue par combinaison peut être expri-

mée sous la forme: a' = a -d + z - t (3) = 33 - 8,1 + 6,4 - 1,5 = 29,8 mm A partir de la distance focale f de la lentille combinée 81, de la position de la surface S d'émission de

la diode laser à semi-conducteur, et de l'angle de diver-

gence du faisceau lumineux, on établit les équations suivantes: 1/f = 1/a' - 1/b' (4) b'/a' = tgOv/tgev' (5) Si l'on supprime b' des équations (4) et (5) et qu'on utilise les valeurs f = 31,6 mm, a' = 29,8 mm et 8v = 15 , on obtient: 28v' = 1,74 Ainsi, l'angle de divergence du faisceau lumineux en direction verticale peut être obtenu avec une valeur

pratiquement égale à la valeur voulue de 1,74 .

On décrit maintenant la formation d'un faisceau en

direction horizontale. Les constantes et variables respec-

tives indiquées sur la figure 17 sont définies de la manière suivante pour la lentille plan-convexe 81a, la lentille cylindrique plan-convexe 81b et la lentille 81 de transmission de lumière constituée par les deux lentilles précédentes: F = distance focale de la lentille plan-convexe 81a (40 mm) F2 = distance focale de la lentille cylindrique plan-convexe 81b (égale à l'infini en théorie et considérée comme étant égale à 105 mm parraison de commodité de calcul) A = distance à un second point principal de la lentille plan-convexe 81a à la surface d'émission lumineuse S (33 mm)

D = distance du second point principal de la len-

tille plan-convexe 81a au premier point principal de la lentille cylindrique plan-convexe 81b (égale à 5,5 mm) T = distance du premier point principal de la lentille cylindrique plan-convexe 81b au second point principal de celle-ci (égale à 4 mm)

Z = distance du second point principal de la len-

tille cylindrique plan-convexe 81b au second point princi-

pal de la lentille combinée

F = distance focale de la lentille 81 de transmis-

sion de lumière obtenue par combinaison A' = distance à la surface d'émission de lumière S d'un second point principal de la lentille 81 obtenue par combinaison B' = distance d'une image virtuelle de la surface S d'émission de lumière au second point principal de la lentille 81 obtenue par combinaison eH = demi-angle de divergence d'un faisceau lumineux en direction horizontale (10 /2 = 5 ) OH' = angle de divergence du faisceau lumineux

traversant la lentille 81 obtenu par combinaison (demi-

angle)

WH = largeur de la fente 81c.

Si l'on porte les valeurs F= 40 mm, F = 10 mm et

1 2

D = 5,5 mm dans l'expression reliant les distances focales F1 et F2 des lentilles 81a et 81b et la distance focale F de la lentille combinée 81, on peut obtenir la distance focale combinée F sous la forme:

F = (F1.F2)/(F1 + 2 - D) (6)

= (40 x 10)/(40 + 10 - 5,5) = 40 mm Ensuite, on peut exprimer la distance Z du second point principal de la lentille cylindrique plan- convexe 81b au second point principal de la lentille combinée 81 sous la forme:

Z = F - F2(F1 - D)/(F1 + F2 - D)

+F -fi) (7) = 40 - 105(40 - 5,5)/(40 + 105 - 5,5) = 5,5 mm Si la distance A du second point principal de la lentille 81a à la surface d'émission lumineuse S est égale à 33 mm et la distance T du premier point principal de la

lentille cylindrique 81b au second point principal corres-

pondant est de 4 mm, la distance A' à la surface S d'émis-

sion lumineuse du second point principal de la lentille 81 obtenue par combinaison peut être exprimée par la relation:

A' = A - D + Z - T (8)

= 33 - 5,5 + 5,5 - 4 = 29 mm D'après la distance focale F de la lentille combinée 81, la position de la surface S d'émission de lumière de la diode laser à semi-conducteur et l'angle de divergence du faisceau lumineux, on établit les équations suivantes:

1/F = 1/A' - 1/D' (9)

B'/A' = tgeH/tg8H' (10) Si l'on élimine B' des équations (9) et (10) et qu'on porte F = 40 mm, A = 29 mm et 8H = 5 , on obtient:

2 H' = 2,74

Ainsi, l'angle de divergence du faisceau lumineux en

direction horizontale peut être obtenu à une valeur prati-

quement égale à la valeur voulue de 2,7 .

La largeur WH de la fente 81c peut être obtenue de la manière suivante: WH = 2(A - D - T)tgOH (11) = 2(33 - 5,5 - 4)tg5 = 4,1 mm A titre d'exemple, on a décrit le cas dans lequel une lentille plan-convexe et une lentille cylindrique sont rendues solidaires par moulage par injection d'une résine transparente. Cependant, la lentille plan-convexe et la lentille cylindrique peuvent être formées d'une résine ou de verre indépendamment l'une de l'autre, les surfaces

plates étant raccordées par un adhésif.

Bien qu'on ait décrit à titre d'exemple le cas dans lequel la lentille de transmission de lumière est appliquée

à une tête laser d'un appareil de mesure optique de dis-

tance, il apparaît qu'une tête laser ayant la lentille de transmission de lumière selon l'invention peut avoir toute configuration voulue en coupe et peut avoir une autre application, par exemple la transmission de rayons lasers

sensiblement parallèles à un objectif d'un lecteur optique.

Comme décrit précédemment, grâce à la lentille de transmission de lumière d'une tête laser selon l'invention,

une lentille plan-convexe et une lentille cylindrique plan-

convexe ou plan-concave sont formées en une seule pièce par moulage par injection à l'aide d'une résine transparente si

bien que les surfaces plates sont communes ou se recoupent.

Ainsi, l'épaisseur est réduite, et une lentille intégrée ayant une grande précision de forme peut être réalisée avec

un rendement élevé, même par moulage par injection.

La figure 18 est une vue en plan d'un exemple

d'élément photorécepteur d'un appareil de mesure de dis-

tance optique selon l'invention. Cet élément photorécepteur 91 est constitué d'une photodiode à avalanche (APD) 91a formée au centre d'un substrat de silicium 91b. La région dans laquelle la photodiode à avalanche 91a est formée constitue une surface photoréceptrice qui est rectangulaire avec un rapport d'allongement d'environ 1/2. Les quatre coins de la photodiode à avalanche 91a formant la surface de réception de lumière ont une courbure progressive évitant la concentration d'un champ électrique si bien qu'ils peuvent donner de la stabilité et de la fiabilité au fonctionnement. L'élément photorécepteur 91 ayant une telle configuration peut être appliqué à l'appareil précité de

mesure optique de distance.

La figure 19 est une vue en perspective représentant l'état dans lequel l'élément photorécepteur 91 de la figure 18 est rangé dans un boîtier. L'élément photorécepteur 91 est positionné et fixé par un adhésif sur un substrat 93 de carter ayant des fils 92 de connexion. Après que les parties d'extrémité supérieures des fils 92 de connexion et l'élément photorécepteur 91 ont été raccordés mutuellement par des feuilles métalliques 94a et 94b, un couvercle 95 de carter dans lequel est placé une fenêtre 95a de verre est

disposé et fixé à la partie périphérique du substrat 93.

Bien qu'on ait décrit à titre d'exemple le cas d'une photodiode à avalanche comme élément photorécepteur, l'invention peut s'appliquer à une photodiode ordinaire ou analogue. Comme décrit, dans un élément photorécepteur d'un appareil de mesure optique de distance selon l'invention, une surface photoréceptrice a une forme pratiquement rectangulaire analogue à une région de détection. Ainsi, il n'existe pas de région inutile qui ne contribue pas à la conversion photoélectrique. En conséquence, le coût de fabrication et la consommation peuvent être réduits, et le

rendement lors de la fabrication, la vitesse de fonction-

nement et la fiabilité de l'élément peuvent être accrus globalement. En outre, dans l'élément photorécepteur selon l'invention, une fente destinée à délimiter la zone de détection est superflue, suivant un avantage supplémentaire. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils, lentilles et éléments photorécepteurs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du

cadre de l'invention.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Appareil de mesure optique de distance, dans lequel la lumière d'un élément photoémissif est transmise à un objet par une lentille (40) de transmission de lumière, et la lumière réfléchie par l'objet est reçue par un élément photorécepteur par l'intermédiaire d'une lentille (42) de réception de lumière, afin qu'une distance à l'objet soit mesurée en fonction du moment d'émission de lumière et du moment de réception de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend: une carte (53) d'émissionréception de lumière sur laquelle sont installés l'élément photoémissif et l'élément photorécepteur, et un organe (33) de support de lentille placé en avant de la carte (53) d'émission-réception de lumière, de manière que la lentille (40) de transmission de lumière et la lentille (42) de réception de lumière soient installées pratiquement à la même distance de l'élément photoémissif

et de l'élément photorécepteur respectivement.

2. Appareil de mesure optique de distance, dans lequel la lumière d'un élément photoémissif est transmise à un objet par une lentille (40) de transmission de lumière, et la lumière réfléchie par l'objet est revue par un élément photorécepteur par l'intermédiaire d'une lentille (42) de réception de lumière, afin qu'une distance à l'objet soit mesurée en fonction du moment d'émission de lumière et du moment de réception de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend: une carte (53) d'émission-réception de lumière sur laquelle sont installés l'élément photoémissif et l'élément photorécepteur, un organe (33) de support de lentille placé en avant de la carte (53) d'émission-réception de lumière, de manière que la lentille (40) de transmission de lumière et la lentille (42) de réception de lumière soient installées pratiquement à la même distance de l'élément photoémissif et de l'élément photorécepteur respectivement, et une carte (49) d'exécution placée entre l'organe

(33) de support de lentille et la carte (53) d'émission-

réception de lumière, la carte (49) d'exécution ayant des

trous de transmission qui forment les trajets photomé-

triques pour la lumière transmis par l'élément photoémissif et la lumière réfléchie correspondante, et un circuit

d'exécution qui calcule la distance à l'objet.

3. Appareil de mesure optique de distance, dans lequel la lumière d'un élément photoémissif est transmise à un objet par une lentille (40) de transmission de lumière, et la lumière réfléchie par l'objet est reçue par un élément photorécepteur par l'intermédiaire d'une lentille (42) de réception de lumière, afin qu'une distance à l'objet soit mesurée en fonction du moment d'émission de lumière et du moment de réception de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend: une carte (53) d'émission-réception de lumière sur laquelle sont installés l'élément photoémissif et l'élément photorécepteur, une carte (49) d'exécution ayant des trous de transmission qui forment les trajets photométriques pour la lumière transmise par l'élément photoémissif et la lumière réfléchie correspondante, et un circuit d'exécution qui calcule la distance à l'objet, et une carte (57) d'alimentation placée à l'arrière de la carte (53) d'émission- réception de lumière et ayant un transformateur (68) d'alimentation placé sur le côté de la carte (53) d'émission-réception de lumière et de la carte

(49) d'exécution.

4. Appareil de mesure optique de distance, dans lequel la lumière d'un élément photoémissif est transmise à un objet par une lentille (40) de transmission de lumière, et la lumière réfléchie par l'objet est reçue par un élément photorécepteur par l'intermédiaire d'une lentille (42) de réception de lumière, afin qu'une distance à l'objet soit mesurée en fonction du moment d'émission de lumière et du moment de réception de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend: une carte (53) d'émission-réception de lumière sur laquelle sont installés l'élément photoémissif et l'élément photorécepteur, un carter (63) protecteur de rayonnement thermique

fixé à la surface arrière de la carte (53) d'émission-

réception de lumière à un emplacement correspondant à la position de l'élément photoémissif, et une résine de synthèse (63a) ayant une excellente conductibilité thermique et qui est placée dans le carter (63) protecteur de rayonnement de chaleur, par un trou d'injection formé dans la carte (53) d'émission-réception

de lumière et introduit à l'avant de la carte (53) d'émis-

sion-réception de lumière près de l'élément photoémissif.

5. Appareil de mesure optique de distance, dans lequel la lumière d'un élément photoémissif est transmise à un objet par une lentille (40) de transmission de lumière, et la lumière réfléchie par l'objet est reçue par un élément photorécepteur par l'intermédiaire d'une lentille (42) de réception de lumière, afin qu'une distance à l'objet soit mesurée en fonction du moment d'émission de lumière et du moment de réception de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend: une carte (53) d'émission-réception de lumière sur laquelle sont installés l'élément photoémissif et l'élément photorécepteur, une carte (49) d'exécution ayant des trous de transmission qui forment les trajets photométriques pour la lumière transmise par élément photoémissif et la lumière réfléchie correspondante, et un circuit d'exécution qui calcule la distance à l'objet, et

une photodiode (65) placée près du trou de transmis-

sion d'un côté de transmission de lumière en avant de la carte (49) d'exécution afin qu'elle détecte la lumière qui

se trouve à l'extérieur des trajets photométriques.

6. Appareil de mesure optique de distance, dans lequel la lumière d'un élément photoémissif est transmise à un objet par une lentille (40) de transmission de lumière, et la lumière réfléchie par l'objet est reçue par un élément photorécepteur par l'intermédiaire d'une lentille (42) de réception de lumière, afin qu'une distance à l'objet soit mesurée en fonction du moment d'émission de lumière et du moment de réception de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend: une carte (53) d'émission-réception de lumière sur laquelle sont installés l'élément photoémissif et l'élément photorécepteur, une carte (49) d'exécution ayant des trous de transmission qui forment les trajets photométriques pour la lumière transmise par l'élément photoémissif et la lumière réfléchie correspondante, et un circuit d'exécution qui calcule la distance à l'objet, une carte (57) d'alimentation placée à l'arrière de la carte (53) d'émission-réception de lumière et ayant un transformateur (68) d'alimentation placé sur le côté de la carte (53) d'émission-réception de lumière et de la carte (49) d'exécution, et un organe (33) de support de lentille qui supporte la lentille (40) de transmission de lumière et la lentille (42) de réception de lumière, et qui a des saillies de montage qui en sont solidaires et qui sont destinés à fixer la carte (53) d'émission-réception de lumière, la carte (49) d'exécution et la carte (57) d'alimentation par des

manchons respectifs.

7. Appareil de mesure optique de distance, caracté-

risé en ce qu'il comprend: un corps (31) de carter ayant une partie d'ouverture à laquelle est fixée une plaque de transmission de lumière, une carte (53) d'émission-réception de lumière placée sur le corps (31) du carter et ayant un circuit d'émission de lumière qui comprend un élément photoémissif et un circuit de réception de lumière qui comprend un élément photorécepteur, une lentille (40) de transmission de lumière et une lentille (42) de réception de lumière qui sont placées dans le corps (31) du carter et au voisinage de la plaque de

transmission de lumière afin que la lentille (42) d'émis-

sion de lumière transmette de la lumière provenant de l'élément photoémissif vers un objet qui se trouve à l'extérieur du corps (31) du carter à travers la plaque de

transmission de lumière et que la lentille (42) de récep-

tion de lumière reçoive la lumière réfléchie par l'objet et traversant la plaque de transmission de lumière, une carte (49) d'exécution disposée entre la carte (53) d'émission-réception de lumière et les lentilles de transmission de lumière et de réception de lumière, et qui a des trous de transmission pour la lumière transmise et la lumière réfléchie respectivement, et qui possède un circuit d'exécution destiné à calculer la distance à l'objet en fonction du moment de transmission de la lumière par l'élément photoémissif et du moment de réception de la lumière réfléchie par l'élément photorécepteur, et une carte (57) d'alimentation placée à l'arrière de la carte (53) d'émission- réception de lumière et ayant un circuit d'alimentation monté afin qu'il transmette de

l'énergie aux circuits respectifs de la carte (53) d'émis-

sion-réception de lumière et de la carte (49) d'exécution.

8. Lentille de transmission de lumière d'une tête laser, caractérisée en ce qu'une lentille plan-convexe et une lentille cylindrique plan-convexe sont formées en une

seule pièce par moulage par injection d'une résine transpa-

rente de manière que les surfaces plates respectives de la

lentille plan-convexe et de la lentille cylindrique plan-

convex soient communes.

9. Lentille de transmission de lumière d'une tête laser, caractérisée en ce qu'une lentille plan-convexe et une lentille cylindrique plan- concave sont formées en une seule pièce par moulage par injection à l'aide d'une résine transparente de manière que les surfaces plates respectives de la lentille plan-convexe et de la lentille cylindrique

plan-concave soient communes.

10. Lentille de transmission de lumière d'une tête laser, caractérisée en ce qu'une lentille plan-convexe et une lentille cylindrique plan- concave sont formées en une

seule pièce par moulage par injection d'une résine transpa-

rente d'une manière telle que les surfaces plates respec-

tives de la lentille plan-convexe et de la lentille cylin-

drique plan-concave se recoupent dans la direction de l'axe optique.

11. Lentille de transmission de lumière d'une tête laser, caractérisée en ce qu'une lentille plan-concave et une lentille cylindrique plan-convexe sont raccordées

mutuellement par leurs surfaces plates respectives.

12. Lentille de transmission de lumière d'une tête laser, caractérisée en ce qu'une lentille plan-convexe et une lentille cylindrique plan- concave sont raccordées

mutuellement par leurs surfaces plates respectives.

13. Lentille selon l'une quelconque des revendica-

tions 8, 11 et 12, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une fente dans laquelle est formée une couche d'absorption de lumière dans une partie périphérique d'une

surface courbe de la lentille cylindrique.

14. Lentille selon l'une quelconque des revendica-

tions 8 à 12, caractérisée en ce que la tête laser est une

tête laser d'un appareil de mesure optique de distance.

15. Lentille selon la revendication 14, caractérisée en ce que la tète laser forme une surface d'irradiation

ayant un rapport d'allongement d'environ 1/2.

16. Lentille de transmission de lumière d'une tête laser, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une combinaison d'une lentille convexe et d'une lentille cylindrique.

17. Elément photorécepteur d'un appareil de mesure optique de distance, caractérisé en ce que l'élément photorécepteur a une surface photoréceptrice de forme pratiquement rectangulaire analogue pratiquement à celle

d'une région de détection.

18. Elément selon la revendication 17, caractérisé

en ce que la surface photoréceptrice a un rapport d'allon-

gement approximativement égal à 1/2.

19. Elément photorécepteur selon l'une des revendi-

cations 17 et 18, caractérisé en ce que mes quatre coins de

la surface photoréceptrice sont courbes.