FR2726371A1 - Reflecting target for e.g optical distance measurement - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne une cible rétroréfléchissante. L'invention concerne notamment une cible, également appelée réflecteur ou rétroréflecteur, qui peut être utilisée dans le cadre d'opérations de mesures de distances ou de positions au moyen d'une installation de mesure faisant appel à un faisceau lumineux de mesure et/ou de pointage. The present invention relates to a retroreflective target. The invention relates in particular to a target, also called a reflector or retroreflector, which can be used in the context of operations for measuring distances or positions by means of a measuring installation using a measuring light beam and / or pointing.
Une telle cible a pour fonction, lorsqu'elle est atteinte par un faisceau lumineux incident, de provoquer la réflexion au moins partielle du faisceau incident en direction d'un récepteur optique ou photo-électrique. The function of such a target, when it is reached by an incident light beam, is to cause the at least partial reflection of the incident beam towards an optical or photoelectric receiver.
La cible assure la réflexion parallèle du faisceau lumineux incident qui est reçu, sous la forme d'un faisceau réfléchi dans le direction du faisceau incident, par un appareil de mesure, ou par un composant d'une installation de mesure. The target ensures the parallel reflection of the incident light beam which is received, in the form of a beam reflected in the direction of the incident beam, by a measuring device, or by a component of a measuring installation.
Une cible rétroréfléchissante peut par exemple être utilisée en géodésie ou dans un télémètre optique émettant un faisceau lumineux, par exemple un faisceau laser, en direction de la cible et recevant une fraction de la lumière réfléchie par la cible pour mettre en oeuvre une mesure du temps de parcours aller et retour de la lumière entre le télémètre et la cible. A retroreflective target can for example be used in geodesy or in an optical rangefinder emitting a light beam, for example a laser beam, towards the target and receiving a fraction of the light reflected by the target to implement a measurement of time back and forth path of light between the rangefinder and the target.
Outre ses qualités réfléchissantes, en orientation et en intensité, la cible doit pouvoir être positionnée avec précision par rapport à un point de l'objet dont on désire mesurer la distance. In addition to its reflective qualities, in orientation and intensity, the target must be able to be positioned precisely with respect to a point on the object whose distance is to be measured.
La cible doit également de préférence présentée un grand angle de champ, c'est-à-dire un angle important selon lequel le faisceau incident peut atteindre la cible tout en assurant la formation d'un faisceau réfléchi parallèle dans la direction du faisceau incident, elle doit être peut coûteuse et doit être compatible avec l'opération de centrage du faisceau incident en assurant une symétrie spatiale d'ordre 3 autour du point théorique constituant le centre de la cible. The target must also preferably have a large angle of field, that is to say a large angle at which the incident beam can reach the target while ensuring the formation of a reflected beam parallel in the direction of the incident beam, it must be inexpensive and must be compatible with the operation of centering the incident beam by ensuring a spatial symmetry of order 3 around the theoretical point constituting the center of the target.
Enfin, le point central théorique de la cible, qui constitue le point de mesure, doit être pouvoir être mis en coïncidence géométrique avec un point de la surface sur laquelle on désire effectuer des mesures. Finally, the theoretical central point of the target, which constitutes the measurement point, must be able to be placed in geometric coincidence with a point on the surface on which one wishes to carry out measurements.
Une première solution connue consiste à réaliser un tel rétroréflecteur sous la forme d'un prisme en verre en forme de coin de cube. A first known solution consists in producing such a retroreflector in the form of a glass prism in the shape of a cube corner.
Un tel trièdre ne permet pas de disposer d'un grand angle de champ, est coûteux à réaliser et ne peut pas être positionné de manière précise et en coïncidence avec un point particulier de la surface à mesurer. Such a trihedron does not make it possible to have a large field angle, is costly to produce and cannot be positioned precisely and in coincidence with a particular point on the surface to be measured.
Une autre solution connue consiste à réaliser le réflecteur sous la forme de trois miroirs plans, perpendiculaires deux à deux, c'est-à-dire formant un coin de cube creux. Another known solution consists in making the reflector in the form of three plane mirrors, perpendicular two by two, that is to say forming a hollow cube corner.
Dans un tel système, l'angle de champ de la cible est réduit et son positionnement par rapport à un point de la surface à mesurer est difficile. In such a system, the angle of view of the target is reduced and its positioning relative to a point on the surface to be measured is difficult.
On constate toutefois qu'un tel trièdre à miroirs a pour avantage, par rapport au prisme en coin de cube, de ne pas affecter le trajet du faisceau lumineux par une traversée d'un matériau transparent ou semi-transparent. However, it can be seen that such a trihedron with mirrors has the advantage, compared with the cube corner prism, of not affecting the path of the light beam by passing through a transparent or semi-transparent material.
On connaît également une conception de cible en forme "d'oeil de chat" qui présente un grand angle de champ, mais la réalisation géométrique précise des formes de la lentille est particulièrement coûteuse et son positionnement par rapport à un point à mesurer est délicat à réaliser. There is also known a target design in the shape of a "cat's eye" which has a wide angle of field, but the precise geometric production of the shapes of the lens is particularly expensive and its positioning relative to a point to be measured is difficult to achieve.
L'invention a pour but de proposer une nouvelle conception d'une cible rétroréfléchissante qui permet de remédier aux inconvénients qui viennent d'être mentionnés. The object of the invention is to propose a new design for a retroreflective target which makes it possible to remedy the drawbacks which have just been mentioned.
Dans ce but, l'invention propose une cible rétroréfléchissante, assurant la réflexion parallèle du faisceau lumineux incident dans la direction du faisceau incident, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un corps en matériau transparent d'indice de réfraction n, tel que notamment du verre, en forme de tronc de sphère délimité par une surface sphérique convexe qui constitue la surface d'entrée du faisceau incident et la surface de sortie du faisceau réfléchi, et par une portion de surface sensiblement plane qui est revêtue d'une couche de matériau réfléchissant. To this end, the invention proposes a retroreflective target, ensuring the parallel reflection of the incident light beam in the direction of the incident beam, characterized in that it consists of a body of transparent material with refractive index n, such that in particular glass, in the form of a sphere trunk delimited by a convex spherical surface which constitutes the entry surface of the incident beam and the exit surface of the reflected beam, and by a portion of substantially flat surface which is coated with a layer of reflective material.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- le tronc de sphère est un hémisphère
- le corps hémisphérique est réalisé en verre d'indice de réfraction n sensiblement égal à 2
- la surface plane est une portion de surface courbe convexe de grand rayon centrée sur l'axe de la surface hémisphérique convexe dont le rayon est égal au rayon de la surface hémisphérique multiplié par
2/(2-n)
- selon une variante la distance séparant la portion de surface plane du sommet du tronc de sphère est égale à sensiblement à la moitié du rayon de la surface sphérique convexe qui présente un méplat perpendiculaire à l'axe du tronçon de sphère revêtu d'une couche de matériau réfléchissant, l'indice n du matériau étant égal à2;;
- selon une variante analogue à la précédente, l'indice n n'est plus égal à 2 et le méplat est une portion de sphère de grand rayon de valeur égale au rayon de la surface sphérique multiplé par 2/(2-n).According to other features of the invention
- the sphere trunk is a hemisphere
- the hemispherical body is made of glass with a refractive index n substantially equal to 2
- the flat surface is a portion of a convex curved surface of large radius centered on the axis of the convex hemispherical surface whose radius is equal to the radius of the hemispherical surface multiplied by
2 / (2-n)
- according to a variant, the distance separating the portion of planar surface from the top of the sphere trunk is equal to substantially half the radius of the convex spherical surface which has a flat perpendicular to the axis of the segment of sphere coated with a layer of reflective material, the index n of the material being equal to 2 ;;
- according to a variant similar to the previous one, the index n is no longer equal to 2 and the flat part is a portion of sphere of large radius of value equal to the radius of the spherical surface multiplied by 2 / (2-n).
- selon une autre variante, le point d'intersection de la surface plane réfléchissante avec l'axe du tronc de sphère, perpendiculaire au centre de cette surface, est au milieu de la distance qui sépare le centre de la sphère avec un point stigmatique du dioptre sphérique délimité par une surface sphérique complète de même rayon que celui de la surface sphérique convexe du tronc de sphère. - according to another variant, the point of intersection of the reflective plane surface with the axis of the sphere trunk, perpendicular to the center of this surface, is in the middle of the distance which separates the center of the sphere with a stigmatic point of the spherical diopter delimited by a complete spherical surface with the same radius as that of the convex spherical surface of the sphere trunk.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels
- La figure 1 est une vue en section par un plan axial d'un exemple d'un premier mode de réalisation d'un rétroréflecteur réalisé conformément aux enseignements de l'invention, de forme générale hémisphérique ; et
- la figure 2 est une vue schématique similaire à celle de la ligure 1 d'un second mode de réalisation d'un rétroréflecteur conforme aux enseignements de l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a sectional view through an axial plane of an example of a first embodiment of a retroreflector produced in accordance with the teachings of the invention, of general hemispherical shape; and
- Figure 2 is a schematic view similar to that of Ligure 1 of a second embodiment of a retroreflector according to the teachings of the invention.
La cible 10 illustrée sur la figure 1 présente une forme générale hémisphérique, c'est-à-dire une forme de demi-boule d'axe de révolution X-X. The target 10 illustrated in FIG. 1 has a general hemispherical shape, that is to say a half-ball shape with an axis of revolution X-X.
La cible est constituée par un corps 12 en verre d'indice de réfraction n qui est délimité par une surface hémisphérique convexe 14 et par une portion de surface sensiblement plane en forme de disque 16, toutes les deux centrées sur un axe X-X. The target consists of a body 12 made of glass with a refractive index n which is delimited by a convex hemispherical surface 14 and by a portion of substantially flat surface in the form of a disc 16, both centered on an axis X-X.
La surface hémisphérique 14 constitue la surface d'entrée d'un faisceau lumineux incident, dont on a représenté l'axe central FI, et la surface de sortie du faisceau réfléchi de sortie, dont on a représenté l'axe central FR, après traversée du corps 12 par le faisceau incident et réflexion sur la face arrière de la cible constituée par la surface sensiblement plane 16 qui est revêtue à l'extérieur d'une couche 18 de matériau réfléchissant, par exemple à base d'argent. The hemispherical surface 14 constitutes the entry surface of an incident light beam, of which the central axis FI has been shown, and the exit surface of the reflected reflected beam, of which the central axis FR has been represented, after crossing of the body 12 by the incident beam and reflection on the rear face of the target constituted by the substantially planar surface 16 which is coated on the outside with a layer 18 of reflective material, for example based on silver.
Conformément à un aspect de l'invention, le disque 16 est une portion de surface convexe sphérique dont le rayon R2 est centré sur l'axe X-X, à gauche en considérant la figure 1. According to one aspect of the invention, the disc 16 is a portion of spherical convex surface whose radius R2 is centered on the axis X-X, on the left when considering FIG. 1.
Le rayon R2 est égal au rayon R1 de la surface hémisphérique 14 multipliée par
2/(2-n)
Pour améliorer la correction des aberrations, cette valeur théorique peut être légèrement modifiée.The radius R2 is equal to the radius R1 of the hemispherical surface 14 multiplied by
2 / (2-n)
To improve the correction of aberrations, this theoretical value can be slightly modified.
De préférence l'indice n de réfraction du verre qui constitue le corps 12 est choisi le plus proche possible de 2. Preferably the refractive index n of the glass which constitutes the body 12 is chosen as close as possible to 2.
Dans le cas où l'indice n est égal à 2, la portion de surface en forme de disque 16 est une portion de surface plane perpendiculaire à l'axe x-x. In the case where the index n is equal to 2, the disk-shaped surface portion 16 is a plane surface portion perpendicular to the axis x-x.
C'est par exemple le cas lorsqu'il est fait appel à un verre d'indice 2 (verre LASF35). This is for example the case when a lens of index 2 is used (LASF35 lens).
Comme on l'a représenté sur la figure 1, le trajet du faisceau incident FI, après son entrée en un point P1, se poursuit par une réflexion sur la surface 16, qui se poursuit en un point P2, puis par une réflexion sur la surface 14 en un point P3, qui est une réflexion partielle, puis par une réflexion sur la surface 16 en un point
P4 et enfin une sortie parallèlement au faisceau incident
FI en un point P5.As shown in FIG. 1, the path of the incident beam FI, after entering a point P1, continues with a reflection on the surface 16, which continues at a point P2, then with a reflection on the surface 14 at a point P3, which is a partial reflection, then by a reflection on the surface 16 at a point
P4 and finally an output parallel to the incident beam
FI at a point P5.
Si le faisceau FI est initialement décalé d'un écart "+e" par rapport à l'axe X-X, le faisceau réfléchi
FR est décalé d'une distance "-e" par rapport à l'axe X
X.If the beam FI is initially offset by a deviation "+ e" from the axis XX, the reflected beam
FR is offset by a distance "-e" from the X axis
X.
Quelle que soit la position du point P1 le long de la surface courbe 14, la distance parcourue à l'intérieur du corps 12 est constante. Whatever the position of the point P1 along the curved surface 14, the distance traveled inside the body 12 is constant.
La conception de rétroréf lecteur présente un grand angle de champ par rapport à l'axe X-X qui est notamment supérieur à 30
L'axe de centrage du rétroréflecteur 10 passe par le point d'intersection M de l'axe X-X avec la surface en forme de disque 16 et il est donc particulièrement aisé de coller, ou de mettre en place par d'autres moyens, et de manière précise la cible 10 sur la surface et en un point précis et sans décalage latéral ni axial par rapport à ce point.The reader retroref design has a large field angle with respect to the axis XX which is in particular greater than 30
The centering axis of the retroreflector 10 passes through the point of intersection M of the axis XX with the disc-shaped surface 16 and it is therefore particularly easy to stick, or to set up by other means, and precisely the target 10 on the surface and at a precise point and without lateral or axial offset from this point.
Afin de faciliter les opérations de mise en place et de centrage par rapport à un point d'une surface dont on désire mesurer la distance, il est possible de prévoir que le revêtement réfléchissant 18 présente, autour du point M, un trou central de petite dimension qui permet de viser le point de la surface à mesurer à travers la cible, la conception de cette dernière assurant par ailleurs un effet de loupe facilitant cette opération de centrage. La légère occultation du centre du faisceau réfléchi est négligeable. In order to facilitate the positioning and centering operations relative to a point on a surface whose distance it is desired to measure, it is possible to provide that the reflective coating 18 has, around the point M, a central hole of small dimension which makes it possible to target the point of the surface to be measured through the target, the design of the latter also ensuring a magnifying glass effect facilitating this centering operation. The slight occultation of the center of the reflected beam is negligible.
L'utilisation du rétroréflecteur selon l'invention tel qu'il vient d'être décrit est en tous points identique à l'utilisation d'un réflecteur de conception connue tel que par exemple un réflecteur à trois miroirs en coin de cube. The use of the retroreflector according to the invention as just described is identical in all respects to the use of a reflector of known design such as for example a reflector with three cube corner mirrors.
Quel que soit l'angle d'incidence du faisceau par rapport à l'axe X-X, tous les rayons du faisceau parallèle à l'axe central du faisceau sont renvoyés en un faisceau parallèle. Whatever the angle of incidence of the beam relative to the X-X axis, all the rays of the beam parallel to the central axis of the beam are returned in a parallel beam.
Ainsi, la faible dispersion du faisceau permet d'obtenir une puissance suffisante du faisceau réfléchi pour sa détection par un appareil de mesure par télémétrie optique. Thus, the low dispersion of the beam makes it possible to obtain a sufficient power of the reflected beam for its detection by a measuring device by optical telemetry.
Dans le cas où l'indice de réfraction n'est pas égal à 2, la surface sensiblement plane de grand rayon
R2 a pour avantage de permettre de poser la cible sur une surface à mesurer qui est concave.In the case where the refractive index is not equal to 2, the substantially planar surface of large radius
R2 has the advantage of allowing the target to be placed on a surface to be measured which is concave.
Toutefois, il est souhaitable de pouvoir disposer d'une cible pouvant être utilisée pour une surface à mesurer présentant une concavité de faible rayon. However, it is desirable to be able to have a target that can be used for a surface to be measured having a concavity of small radius.
A cet effet, et comme cela est illustré sur la figure 2, il est possible de réaliser le corps de la cible rétroréfléchissante 10 sous la forme d'un tronc de sphère se présentant sous la forme d'un quart de sphère" . For this purpose, and as illustrated in FIG. 2, it is possible to produce the body of the retroreflective target 10 in the form of a sphere trunk appearing in the form of a quarter of a sphere ".
A cet effet, le point O d'intersection de la surface 16 avec l'axe X-X est situé dans ce cas sensiblement à mi-distance du rayon R1 de la calotte sphérique 10, et exactement à la moitié de la distance comprise entre le centre M de la calotte sphérique 10 et le sommet P5 du méplat 20 pratiqué sur cette calotte, M étant le point de mesure du rétroréflecteur. To this end, the point O of intersection of the surface 16 with the axis XX is located in this case substantially halfway from the radius R1 of the spherical cap 10, and exactly half of the distance between the center M of the spherical cap 10 and the apex P5 of the flat 20 formed on this cap, M being the measuring point of the retroreflector.
I1 est bien entendu nécessaire de prévoir une monture (non représentée) pour la cible rétroréfléchissante de manière à pouvoir adapter cette cible sur une surface à mesurer pour mettre en coïncidence le point M avec le point de la surface dont on désire mesurer la position. I1 is of course necessary to provide a mount (not shown) for the retroreflective target so as to be able to adapt this target on a surface to be measured to make the point M coincide with the point on the surface whose position is to be measured.
Cette conception est particulièrement avantageuse dans la mesure où le décalage à l'extérieur du corps de la calotte sphérique du point de mesure M permet d'utiliser la cible pour mesurer des points appartenant à des surfaces dont la concavité est de rayon réduit. This design is particularly advantageous insofar as the offset outside the body of the spherical cap of the measurement point M makes it possible to use the target to measure points belonging to surfaces whose concavity is of reduced radius.
Ici encore, et en fonction de la valeur de l'indice de réfraction n du verre constitutif de la cible, il est souhaitable de pouvoir corriger le dioptre en prévoyant un rayon de courbure du méplat 20. Here again, and as a function of the value of the refractive index n of the glass constituting the target, it is desirable to be able to correct the diopter by providing a radius of curvature of the flat 20.
Le méplat 20 peut être une portion de surface plane ou une portion de surface sphérique convexe de grand rayon R2 qui est calculé comme dans le cas de la cible hémisphérique des critères représentée en référence à la figure 1. The flat 20 can be a portion of planar surface or a portion of convex spherical surface of large radius R2 which is calculated as in the case of the hemispherical target of the criteria represented with reference to FIG. 1.
Selon une autre variante non représentée, il est également possible de prévoir que le point d'intersection entre la portion de surface plane réfléchissante et l'axe
X-X est le milieu du segment qui sépare le centre C de la calotte sphérique du point stigmatique, également appelé point de WEIERSTRASS ou point de YOUNG, du dioptre sphérique équivalent qui correspondrait à une sphère en verre de même indice de réfraction n et de rayon égal au rayon R1.According to another variant, not shown, it is also possible to provide for the point of intersection between the portion of planar reflecting surface and the axis.
XX is the middle of the segment which separates the center C of the spherical cap from the stigmatic point, also called WEIERSTRASS point or YOUNG point, of the equivalent spherical diopter which would correspond to a glass sphere of the same refractive index n and of equal radius to radius R1.
Selon cette variante on réalise une cible rétroréfléchissante dont le point de mesure est confondu avec le second point stigmatique et est donc situé très en arrière de la cible ce qui permet notamment sa matérialisation par une structure mécanique fine et légère et l'utilisation aisée de la cible pour des mesures sur des surfaces concaves de très faibles rayons. According to this variant, a retroreflective target is produced, the measurement point of which is coincident with the second stigmatic point and is therefore situated far behind the target, which allows in particular its materialization by a fine and light mechanical structure and the easy use of the target for measurements on concave surfaces with very small radii.
Dans cette conception, tout rayon incident dirigé vers le second point conjugué du dioptre, après réfraction à travers la surface sphérique d'entrée du système se dirige vers l'autre point de stigmatisme. In this design, any incident ray directed towards the second conjugate point of the diopter, after refraction through the spherical surface of entry of the system goes towards the other point of stigmatism.
Grâce au positionnement de la surface réfléchissante, tout rayon orienté vers le second point stigmatique, après réflexion sur la surface réfléchissante, passe par le centre de la surface d'entrée sur laquelle il se réfléchit à nouveau en revenant sur lui même. Thanks to the positioning of the reflecting surface, any ray directed towards the second stigmatic point, after reflection on the reflecting surface, passes through the center of the entry surface on which it is reflected again, returning to itself.
Tout faisceau dont l'axe est dirigé vers le second point stigmatique est donc réfléchi sur lui-même. Un tel faisceau est alors collimaté si l'indice n du matériau utilisé est égal au nombre d'or soit sensiblement 1,618. Any beam whose axis is directed towards the second stigmatic point is therefore reflected on itself. Such a beam is then collimated if the index n of the material used is equal to the golden ratio, ie substantially 1.618.
Claims (7)
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|---|---|---|---|
| FR9413030A FR2726371B1 (en) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | RETROREFLECTIVE TARGET, PARTICULARLY FOR OPTICAL TELEMETRY MEASUREMENTS |
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| FR2726371B1 FR2726371B1 (en) | 1996-11-29 |
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| FR790522A (en) * | 1935-05-24 | 1935-11-22 | Self-illuminating optical device | |
| US2319742A (en) * | 1940-02-23 | 1943-05-18 | George T Gill | Retrodirective reflecting device |
-
1994
- 1994-10-31 FR FR9413030A patent/FR2726371B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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|---|---|
| FR2726371B1 (en) | 1996-11-29 |
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