FR2763699A1 - Detecteur-optoelectronique - Google Patents
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Abstract
Un détecteur optoélectronique (1) comporte un émetteur de lumière (2) pour émettre un faisceau lumineux émis (8) dans une zone à surveiller; un récepteur de lumière pour recevoir un faisceau lumineux reçu (10) formé par la lumière émise réfléchie en direction du récepteur par un objet (9, 9') dans la zone à surveiller, le faisceau lumineux reçu (10) étant sous un angle par rapport au faisceau lumineux émis (8) variable en fonction de la distance entre l'objet (9, 9') et le détecteur (1); et une unité de commande et d'évaluation (7) pour traiter le signal de sortie du récepteur.Le récepteur comporte un détecteur de lumière à éléments multiples (5) qui comprend au moins quatre éléments détecteurs individuels (11) agencés au voisinage les uns des autres, de telle sorte que différents éléments détecteurs (11) sont attaqués par le faisceau lumineux reçu (10) en fonction de l'angle de rayonnement.
Description
i "Détecteur optoélectronique" L'invention se rapporte à un détecteur
optoélectronique comportant un émetteur de lumière pour émettre un faisceau lumineux émis dans une zone à surveiller, comportant un récepteur de lumière pour recevoir un faisceau lumineux reçu qui est formé par la lumière émise réfléchie en direction du récepteur de lumière par un objet dans la zone à surveiller, le faisceau lumineux reçu étant sous un angle par rapport au faisceau lumineux émis variable en fonction de la distance entre l'objet et le détecteur, et comportant une unité de commande et d'évaluation pour
traiter le signal de sortie du récepteur de lumière.
Grâce à leur sensibilité par rapport à l'angle entre le faisceau lumineux émis et le faisceau lumineux reçu, de tels détecteurs permettent de déterminer la distance entre un objet réfléchissant la lumière émise et le détecteur, ou bien de limiter la zone à surveiller par suppression électronique d'objets en avant-plan ou en arrière-plan de la zone à surveiller. Des détecteurs réalisés pour mettre en oeuvre ce procédé de
triangulation sont connus sous divers modes de réalisation.
Des détecteurs correspondants comportent en tant que détecteurs de lumière des cellules photoélectriques à résolution locale, telles que par exemple des diodes PSD qui fournissent deux signaux de sortie à partir desquels le centre de concentration du faisceau lumineux reçu attaquant le détecteur de lumière est détecté. De plus, on connait des éléments différenciateurs qui sont constitués sensiblement par deux photodiodes agencées au voisinage l'une de l'autre. La résolution locale du faisceau lumineux reçu attaquant l'élément différenciateur s'effectue par comparaison et par évaluation des signaux de sortie respectifs des
deux photodiodes.
Afin d'ajuster ces détecteurs sur un angle de rayonnement dans lequel le faisceau lumineux reçu n'attaque pas le détecteur de lumière respectif à son centre, et dans lequel les deux signaux de sortie du détecteur de lumière ne sont ainsi pas symétriques, on réalise habituellement, en particulier dans les éléments différenciateurs, la symétrie de l'attaque du détecteur de lumière par le faisceau lumineux reçu par l'intermédiaire d'un dispositif d'ajustage mécanique. Ce dispositif d'ajustage mécanique comprend par exemple des miroirs de renvoi en basculement autour d'un axe transversal. L'utilisation d'un dispositif d'ajustage mécanique entraîne de façon désavantageuse une fabrication complexe sur le plan structurel, un mode de construction de grand volume, ainsi qu'une tendance du détecteur aux perturbations mécaniques, et elle exige de procéder à une
opération d'ajustage manuelle.
Les détecteurs connus du type décrit en introduction présentent en outre l'inconvénient que la formation analogique du centre de leurs deux signaux de sortie ne permet qu'une détermination inexacte de l'angle de rayonnement et ainsi de la distance entre un objet réfléchissant la lumière émise et le détecteur. De plus, leur exactitude est soumise à une dépendance locale non désirée et désavantageuse de
la sensibilité à la lumière du détecteur de lumière utilisé.
Un objectif sous-jacent à l'invention est de réaliser un détecteur du type mentionné en introduction de telle sorte qu'il soit ajustable, sans utiliser un dispositif d'ajustage mécanique, avec une exactitude élevée, par rapport à différentes distances de référence entre un objet dans la
zone à surveiller et le détecteur.
Une solution conforme à l'invention de l'objectif consiste en ce que le récepteur de lumière du détecteur comporte un détecteur de lumière à éléments multiples qui comprend au moins quatre éléments détecteurs individuels agencés au voisinage les uns des autres, de telle sorte que différents éléments détecteurs sont attaqués par le faisceau lumineux
reçu en fonction de l'angle de rayonnement.
Le récepteur de lumière du détecteur conforme à l'invention comporte donc au moins quatre éléments détecteurs discrets que l'on peut lire et évaluer individuellement. Grâce à ceci, on peut déterminer la position, la structure et l'intensité d'un faisceau lumineux émis attaquant le récepteur de lumière à partir des signaux des éléments détecteurs individuels. Ces plusieurs signaux de sortie du détecteur conforme à l'invention permettent une évaluation plus exacte que la présence de seulement deux signaux de sortie qui ne fournissent sensiblement qu'une intégrale analogique via le signal lumineux reçu de toute la surface photosensible du détecteur de lumière. La subdivision de la surface photosensible du détecteur de lumière en une multitude d'éléments détecteurs discrets peut ainsi aider le détecteur conforme à
l'invention afin d'obtenir une résolution locale plus élevée.
On peut également voir un avantage essentiel du système conforme à l'invention dans le fait que, lors d'une réalisation d'autant plus grande du détecteur de lumière à éléments multiples conforme à l'invention comportant de nombreux éléments détecteurs individuels, on peut assurer une association mécanique ou un ajustage de l'optique d'émission, de l'orientation désirée, ou un ajustage du point zéro, par l'association variable des éléments détecteurs individuels à l'unité de
commande et d'évaluation.
Des structures non homogènes du faisceau lumineux reçu attaquant le détecteur de lumière à éléments multiples peuvent être résolues et évaluées conformément à l'invention de telle sorte qu'elles font augmenter davantage l'exactitude du détecteur. Des effets parasites, tels que par exemple des réflexions non désirées du faisceau lumineux
émis ou reçu peuvent être détectés, évalués et filtrés par le détecteur.
On peut reconnaître en particulier une réflexion spéculaire de la lumière émise sur un autre objet que l'objet à détecter dans la zone à surveiller, grâce à la capacité du détecteur de distinguer les distances vis-à-vis des objets différents réfléchissants, de sorte que l'on peut
empêcher l'émission erronée d'un signal de détection d'un objet.
On peut détecter l'extension géométrique du faisceau lumineux reçu réfléchi sur un objet dans la zone à surveiller le long de la surface du détecteur de lumière à éléments multiples, et l'utiliser comme information supplémentaire pour déterminer la distance entre l'objet et le détecteur. Étant donné que l'on dispose de l'information des signaux des plusieurs éléments individuels du détecteur de lumière, on peut traiter cette information à l'aide de dispositifs électroniques numériques de façon très diverse, flexible et adaptée à une application individuelle du détecteur. Dans ce cas, on peut utiliser notamment des programmes d'évaluation mémorisés et susceptibles d'être appelés. De même, des procédés dits "à auto-apprentissage" peuvent permettre l'adaptation du détecteur de manière avantageuse et simple aux exigences d'une
application individuelle.
Dans le détecteur conforme à l'invention, on peut effectuer l'ajustage d'un angle de rayonnement correspondant à une certaine distance de référence par association du maximum d'intensité de lumière du faisceau lumineux reçu attaquant le détecteur de lumière à éléments
multiples par rapport à un ou à des éléments multiples dé-
tecteurs individuels.
Dans ce cas, il est particulièrement avantageux que les éléments détecteurs du détecteur de lumière à éléments multiples soient susceptibles d'être subdivisés en plusieurs zones de détecteur par l'unité de commande et d'évaluation. Grâce à ceci, on peut distinguer ces zones de détecteur selon qu'elles sont attaquées par le faisceau lumineux reçu réfléchi par un objet dans la zone à surveiller. Dans ce cas, les zones de détecteur peuvent correspondre à différentes régions
de la zone à surveiller, selon l'angle de rayonnement respectif.
De préférence, la subdivision des éléments détecteurs notamment en deux ou trois zones de détecteur s'effectue en correspondance d'une subdivision de la zone à surveiller en deux ou trois régions. Ces régions peuvent alors former par exemple une région d'objet et une région d'avant-plan ou d'arrière-plan, dans lesquelles les objets provoquent ou bien ne provoquent intentionnellement pas l'émission d'un signal de détection d'objet. Cette subdivision de la zone à surveiller peut s'effectuer de la même manière également en plus de trois régions, grâce à la résolution locale élevée du détecteur conforme à l'invention, par exemple pour former une autre région à supprimer à
l'intérieur d'une région d'objet et en supplément à une région d'avant-
plan et une région d'arrière-plan.
La subdivision des éléments détecteurs se base de préférence sur un ajustage de calibrage effectué une seule fois et adapté au cas d'application respectif. A cet effet, un objet de référence peut se trouver à une certaine distance de référence par rapport au détecteur à l'intérieur de sa zone à surveiller. Ensuite, on peut détecter les signaux correspondants des éléments détecteurs et les évaluer de telle sorte que les éléments détecteurs sont subdivisés en zones de détecteur qui correspondent exactement à la distance de référence de l'objet de référence. Afin de définir plusieurs régions dans la zone à surveiller, différentes distances de référence correspondantes peuvent être
mesurées par le détecteur et être évaluées de la manière décrite ci-
dessus. L'agencement des éléments détecteurs dans le détecteur de lumière à
éléments multiples peut s'effectuer dans une ligne unidimensionnelle.
De préférence, le nombre des éléments détecteurs est donné par une puissance entière du chiffre 2, et il est notamment compris entre 8 et 1024. Ceci facilite l'évaluation des signaux des éléments détecteurs en
particulier à l'aide de moyens électroniques numériques.
En plus, il est avantageux que l'extension géométrique d'un élément détecteur le long d'au moins une direction dans le plan de sa surface photosensible soit inférieure, notamment sensiblement inférieure à l'extension géométrique du faisceau lumineux reçu le long de cette direction (figure 2). Dans ce cas, plusieurs éléments détecteurs sont attaqués par le faisceau lumineux reçu, et il en résulte une résolution plus élevée lors de la détermination de l'extension géométrique de la
section transversale du faisceau lumineux reçu.
De plus, il est avantageux que l'extension géométrique de l'agencement de plusieurs éléments détecteurs le long d'au moins une direction dans le plan de la surface photosensible du détecteur de lumière à éléments multiples soit supérieure à l'extension géométrique du faisceau lumineux reçu le long de cette direction (figure 2). Grâce à ceci, on empêche que le faisceau lumineux attaque tous les éléments détecteurs simultanément. Ainsi, on peut également obtenir que les différents éléments détecteurs du détecteur de lumière à éléments multiples génèrent aussi bien un signal maximum correspondant à l'intensité de lumière la plus élevée du faisceau lumineux reçu, qu'un signal minimum correspondant à la lumière résiduelle et au bruit de fond, et que l'on optimise ainsi le contraste des signaux du détecteur de lumière à éléments multiples. De plus, cet agencement des éléments détecteurs favorise leur subdivision en différentes zones, en correspondance de
leur attaque par le faisceau lumineux reçu.
Le détecteur conforme à l'invention peut présenter, en tant que détecteur de lumière à éléments multiples, une matrice à photodiodes qui est réalisée en particulier en une seule pièce. De telles matrices à photodiodes, fabriquées par exemple en silicium, forment habituellement un détecteur économique avec une multitude de canaux discrets, et elles possèdent une relation élevée de la surface photosensible par rapport à la surface non photosensible tout en
présentant une structure de petit volume.
De plus, il est avantageux d'associer aux éléments détecteurs individuels du détecteur de lumière à éléments multiples un moyen d'amplification respectif qui est agencé à proximité locale de l'élément
détecteur respectif, en particulier pour éviter des effets perturbateurs.
On peut également associer à chaque élément détecteur un ou plusieurs commutateurs par lesquels on peut commander la lecture des signaux des éléments détecteurs. Il est particulièrement avantageux que les moyens d'amplification et/ou les commutateurs soient intégrés dans le détecteur de lumière à éléments multiples à l'intérieur d'un seul composant. Le détecteur conforme à l'invention fonctionne particulièrement bien lorsque l'unité de commande et d'évaluation comporte des moyens pour la lecture en parallèle des signaux des éléments détecteurs. Au cas o les éléments détecteurs sont subdivisés en zones de détecteur, il est avantageux que l'unité de commande et d'évaluation comporte des moyens pour la lecture en parallèle des signaux de ces zones de détecteur. Lesdits moyens peuvent être formés par plusieurs lignes parallèles, les éléments détecteurs d'une zone de détecteur étant
associés en particulier à une ligne parallèle.
Le nombre des lignes parallèles peut correspondre au nombre des zones de détecteur. En regroupant plusieurs zones de détecteur sur une ligne parallèle, il peut cependant également être inférieur au nombre des zones de détecteur. De préférence, l'unité de commande et d'évaluation comporte une unité de commande de commutation par laquelle on commande la commutation d'éléments détecteurs
individuels sur une ligne parallèle.
Dans un mode de réalisation avantageux, on a associé à chaque élément détecteur respectivement un premier et un second commutateurs,tous les premiers commutateurs étant connectés à une première ligne parallèle et tous les seconds commutateurs étant connectés à une seconde ligne parallèle. Dans ce cas, on peut associer à chaque élément détecteur en supplément un troisième commutateur respectif, tous les troisièmes commutateurs étant connectés à une troisième ligne parallèle. De préférence, les éléments détecteurs connectés les uns aux autres via les premiers, seconds ou troisièmes commutateurs par l'intermédiaire d'une ligne parallèle forment alors une zone de détecteur respective qui représente l'avant-plan, la zone de
l'objet ou l'arrière-plan de la zone à surveiller.
De préférence, chaque élément détecteur est connecté à une seule ligne parallèle respective. Cependant, on peut également connecter un élément détecteur simultanément également à plusieurs lignes parallèles. Ceci peut être avantageux par exemple lorsque cet élément détecteur se trouve entre des éléments détecteurs de différentes zones
de détecteur.
Dans un autre mode de réalisation préféré, l'unité de commande et d'évaluation comporte des moyens pour la lecture en série des signaux des éléments détecteurs. Ces moyens peuvent être réalisés de telle sorte que lors d'une subdivision des éléments détecteurs en zones de détecteur, ces zones de détecteur sont lues en série. Les moyens peuvent être réalisés en particulier par une unité de transmission de données multiplex dans laquelle les signaux des éléments détecteurs ou les signaux des éléments détecteurs d'une zone de détecteur ou bien les signaux des zones de détecteur sont lus et émis successivement
dans le temps.
L'unité de commande et d'évaluation du détecteur conforme à l'invention peut comprendre des moyens pour former la somme des signaux des éléments détecteurs. Grâce à ceci, on peut générer un signal intégré sur une certaine région de la surface photosensible du détecteur de lumière à éléments multiples, cette région pouvant de préférence être choisie librement selon une subdivision des éléments détecteurs en zones de détecteur. La formation de la somme peut s'effectuer par exemple par envoi des signaux des éléments détecteurs d'une zone de détecteur sur une ligne parallèle à laquelle ces éléments détecteurs sont commutés conjointement ou bien à l'aide d'un microprocesseur. Il est avantageux que l'unité de commande et d'évaluation comprenne des moyens pour former la différence entre les signaux. Ces signaux peuvent être soit des signaux de sortie des éléments détecteurs, soit des sommes des signaux des éléments détecteurs, notamment d'une zone de détecteur. Grâce à ces différences, on peut détecter par exemple le contraste entre les signaux lumineux intégraux de différentes zones de détecteur, les zones de détecteur pouvant à leur tour de préférence être
choisies librement.
Dans ce cas, il est préférable que l'unité de commande et d'évaluation comprenne en outre des moyens par lesquels on peut générer un signal de détection d'objet lorsque la différence détectée reste inférieure à une valeur seuil définie, ou bien lorsqu'elle dépasse celle-ci ou est égale à celle-ci. La génération d'un tel signal de détection d'objet peut s'effectuer également lorsque la différence détectée se trouve à l'intérieur ou à l'extérieur d'une zone de tolérance qui entoure une
valeur seuil définie.
Le mode de fonctionnement du détecteur conforme à l'invention est en outre favorisé lorsque l'unité de commande et d'évaluation comprend des moyens pour numériser les signaux des éléments détecteurs, ou bien, dans le cas o une subdivision des éléments détecteurs en zones de détecteur a eu lieu, les signaux des éléments détecteurs des zones de détecteur. Dans ce cas, on peut agencer à la suite de ce moyen des moyens d'évaluation électroniques numériques, par exemple pour analyser la position, la largeur ou la structure du faisceau lumineux
reçu qui attaque le détecteur de lumière à éléments multiples.
De manière avantageuse, l'unité de commande et d'évaluation peut comprendre un microprocesseur. Celui-ci peut servir par exemple pour commander la lecture en parallèle ou en série des signaux des éléments détecteurs du détecteur de lumière à éléments multiples. De même, il peut traiter et analyser les signaux des éléments détecteurs. A partir de bases de calcul mémorisées, ce microprocesseur peut également juger et déterminer la subdivision des éléments détecteurs en zones de détecteur. Le microprocesseur peut présenter en particulier une logique à auto-adaptation qui permet une adaptation du détecteur ou de la subdivision en zones de détecteur à des conditions d'évaluation et
d'environnement variables.
Pour ajuster le détecteur conforme à l'invention, il est avantageux que l'unité de commande et d'évaluation comprenne des moyens pour l'ajustage de calibrage manuel et/ou automatique, cet ajustage de calibrage pouvant se référer à une distance de référence entre un objet
de référence situé à l'intérieur de la zone à surveiller et le détecteur.
Un ajustage de calibrage manuel peut s'effectuer par exemple par un actionnement extérieur des moyens, de telle sorte que lors de la présence d'un objet de référence à l'intérieur de la zone à surveiller à une distance de référence vis-à-vis du détecteur, un signal de sortie de consigne ou un signal de détection d'objet est émis par le détecteur, qui
correspond à cette distance de référence.
Un ajustage de calibrage automatique peut s'effectuer par exemple par le fait que des signaux appropriés des éléments détecteurs ou des zones de détecteur sont détectés et mémorisés, ces signaux pouvant correspondre à une ou à plusieurs distances de référence vis-à-vis du détecteur, auxquelles un objet de référence respectif est agencé à
l'intérieur de la zone à surveiller.
De manière avantageuse, on détermine par un ajustage de calibrage, notamment par l'ajustage de calibrage automatique au moyen de l'unité de commande et d'évaluation, individuellement une subdivision des éléments détecteurs du détecteur de lumière à éléments multiples en
plusieurs zones de détecteur.
De préférence, on procède une fois à l'ajustage de calibrage pour l'utilisation en pratique qui suit du détecteur. Cependant, on peut également répéter l'ajustage de calibrage dans l'utilisation en pratique, Il afin de procurer le cas échéant une modification de la subdivision des éléments détecteurs en zones de détecteur, qui soit adaptée à des conditions d'environnement modifiées. Ainsi, on peut compenser par
exemple des effets de dérive dûs au vieillissement du détecteur.
Un autre mode de réalisation avantageux du détecteur conforme à l'invention permet du moins approximativement la détermination quantitative des distances entre les objets situés dans la zone à surveiller et le détecteur. Cette détermination de la distance peut
s'effectuer à partir de l'évaluation des signaux des éléments détecteurs.
A cet effet et pour la sortie des distances détectées, l'unité de commande et d'évaluation du détecteur peut comprendre des moyens appropriés. Un ajustage de calibrage peut notamment être une précondition à la mesure de la distance, cet ajustage incluant l'évaluation et la mémorisation des signaux des éléments détecteurs qui sont détectés lors de la présence d'objets de référence à différentes
distances vis-à-vis du détecteur à l'intérieur de la zone à surveiller.
Finalement, il est préférable que l'émetteur de lumière du détecteur soit
réalisé pour émettre des signaux lumineux en forme d'impulsions.
Dans ce cas, il est avantageux que le détecteur de lumière à éléments multiples et/ou l'unité de commande et d'évaluation soit synchronisé(e) de façon appropriée avec la fréquence des signaux lumineux en forme d'impulsions.
D'autres modes de réalisation de l'invention ressortent de la description
qui suit, étant entendu que l'on peut réaliser également d'autres combinaisons des modes de réalisation individuels que celles décrites ciaprès. L'invention sera décrite plus en détail dans ce qui suit en se rapportant à des exemples de réalisation illustrés dans les dessins. Les figures montrent: figure 1 le schéma de principe d'un détecteur conforme à l'invention; figure 2 l'illustration schématique d'un agencement préféré des éléments détecteurs d'un détecteur de lumière à éléments multiples conforme à l'invention attaqué par un faisceau lumineux reçu; figure 3 le schéma de principe d'un détecteur conforme à l'invention avec lecture en parallèle des éléments détecteurs; figures 4a et 4b chacune l'allure de principe du signal de sortie d'un moyen, traitant les signaux des éléments détecteurs, de l'unité de commande et d'évaluation du détecteur conforme à l'invention; et figure 5 le schéma de principe d'un détecteur conforme à l'invention
avec lecture en série des éléments détecteurs.
La figure 1 montre la structure schématique d'un détecteur optoélectronique 1. Celui-ci comporte un émetteur de lumière 2 qui se trouve sensiblement dans le plan focal d'une optique d'émission 3 agencée sur le boîtier du détecteur 1. Le boîtier du détecteur 1 comporte en outre une optique de réception 4 agencée au voisinage de
l'optique d'émission 3.
On a prévu, à l'intérieur du détecteur 1, dans la région du plan de représentation de l'optique de réception 4, un détecteur de lumière 5 tel que sa surface photosensible est agencée sensiblement parallèlement au plan de représentation de l'optique de réception 4, et que le centre de sa surface photosensible est décalé en éloignement de l'axe principal de l'optique de réception 4 latéralement par rapport à l'émetteur de lumière 2. Le détecteur de lumière 5 est relié à une unité de commande et d'évaluation 7 située également à l'intérieur du détecteur 1 par l'intermédiaire de plusieurs sorties de signal de
détecteur 6 dont une seule est illustrée dans la figure 1.
De plus, on voit dans la figure un faisceau lumineux émis 8 partant de l'émetteur de lumière 2 et traversant l'optique d'émission 3, qui présente à l'extérieur du détecteur 1 un tracé approximativement parallèle. Un objet 9 se trouve dans la zone à surveiller du détecteur 1, à une distance D vis-à-vis du détecteur 1, et il réfléchit la lumière du faisceau lumineux émis 8. Celle des parties de la lumière réfléchie qui parvient à travers l'optique de réception 4 jusque dans l'intérieur du détecteur 1 sur le détecteur de lumière 5, forme le faisceau lumineux reçu 10. La distance entre le centre de la partie lumineuse attaquant le détecteur de lumière 5 et l'extrémité, détournée de l'émetteur de lumière, du
détecteur de lumière 5 est désignée par déviation A du rayonnement.
A l'extérieur du détecteur 1, le faisceau lumineux émis 8 et le faisceau
lumineux reçu 10 sont de préférence sous un angle de rayonnement Ca.
De plus, la figure 1 illustre en tirets un autre objet dans la zone à surveiller du détecteur 1, qui est agencé comme objet de référence 9' à
une distance de référence D' vis-à-vis du détecteur 1.
Le détecteur de lumière 5 est réalisé à résolution locale, c'est-à-dire que ses signaux de sortie fournissent une information pour savoir dans quelle région de sa surface photosensible il est attaqué par le faisceau lumineux reçu. Au cas o la distance D entre l'objet 9 et le détecteur 1 se modifie, l'angle de rayonnement ac et ainsi la déviation de rayonnement A le long de la surface photosensible du détecteur de
lumière 5 se modifient également.
Les signaux de sortie du détecteur de lumière 5 sont amenés à l'unité de commande et d'évaluation 7 par l'intermédiaire des sorties de signal de détecteur 6. Cette unité est réalisée de telle sorte qu'elle est capable d'associer différentes signaux de sortie du détecteur de lumière 5 à
différentes distances D entre l'objet 9 et le détecteur.
Ainsi, le détecteur 1 illustré dans la figure 1 correspond à des détecteurs connus du type mentionné en introduction. Grâce à la réalisation conforme à l'invention du détecteur de lumière 5 du détecteur 1 sous forme de détecteur de lumière à éléments multiples, la structure montrée dans la figure 1 correspond cependant également à la
structure d'un nouveau détecteur conforme à l'invention.
La figure 2 montre une illustration schématique de la structure d'un détecteur de lumière à éléments multiples 5 conforme à l'invention. Le détecteur de lumière à éléments multiples 5 comporte huit éléments
détecteurs 11 agencés en ligne droite les uns au voisinage des autres.
Deux éléments détecteurs 11 désignés par la référence Y sont susceptibles d'être attaqués du moins en partie par un faisceau lumineux reçu 10. Celui-ci présente une section transversale circulaire 12 dont le centre est écarté d'une déviation de rayonnement A par rapport à une extrémité du détecteur de lumière 5, comme décrit déjà en se référant à la figure 11. En particulier la position illustrée dans la figure 2 du centre de la section transversale 12 est caractérisée par une
déviation de rayonnement A'.
Dans la figure 2, les éléments détecteurs 11 sensiblement non attaqués par le faisceau lumineux reçu sont désignés par la référence X sur l'un des côtés par rapport au faisceau lumineux reçu, et par la référence Z surl'autre côté du détecteur de lumière à éléments multiples 5. Les désignations X, Y et Z pour les éléments détecteurs 11 correspondent à une subdivision du détecteur de lumière à éléments multiples 5 en trois
différentes zones de détecteur.
Dans ce qui suit, on expliquera à titre d'exemple deux possibilités pour la lecture des éléments détecteurs 11 et pour la subdivision du détecteur de lumière à éléments multiples 5 en zones de détecteur, en se rapportant aux figures 3, 4 et 5. Dans ce cas, on présuppose l'utilisation du détecteur de lumière à éléments multiples 5 en tant que détecteur de lumière 5 à l'intérieur du détecteur 1 illustré dans la
figure 1.
La figure 3 montre le détecteur de lumière à éléments multiples 5 selon la figure 2, ainsi que schématiquement les composants d'une unité de commande et d'évaluation 7. Chaque élément détecteur 11 du détecteur de lumière à éléments multiples 5 comporte une sortie de signal de détecteur 6 qui est connectée électriquement respectivement à un pôle d'un premier commutateur 13 et à un pôle d'un second commutateur 14. L'autre pôle respectif du premier commutateur 13 est connecté à une première ligne parallèle 15, et l'autre pôle respectif du second commutateur 15 est connecté à une seconde ligne parallèle 16. Tous les commutateurs 13, 14 sont en outre connectés à une unité de
commande de commutation 17.
La première ligne parallèle 15 est amenée à l'entrée négative, et la seconde ligne parallèle 16 à l'entrée positive, d'un amplificateur différenciateur 18. Le signal de sortie analogique S de l'amplificateur différenciateur 18 est amené à un convertisseur analogique/numérique 19. La sortie du convertisseur analogique/numérique 19 ainsi que l'unité de commande de commutation 17 sont connectées à un
microprocesseur 20 qui possède une sortie 21.
Au moyen des commutateurs 13, 14, chaque sortie de signal 6 des éléments détecteurs 11 est commutée par l'unité de commande de commutation 17 au choix exactement avec l'une des deux lignes parallèles 15, 16. Grâce à ceci, les signaux des éléments détecteurs associés respectivement à l'une des deux lignes parallèles 15, 16 sont additionnés pour former un signal de somme. Étant donné que le détecteur de lumière à éléments multiples 5 présente trois zones de détecteur qui sont représentées selon la figure 2 par marquage des éléments détecteurs 11 au moyen des références X ou Y ou Z, on doit amener à l'une au moins des deux lignes 15, 16 les signaux de sortie des éléments détecteurs de deux différentes zones de détecteur parmi
les trois.
Dans la position illustrée dans la figure 3 des commutateurs 13, 14, les signaux des éléments détecteurs 11 des zones de détecteur X et Z sont donc amenés à la ligne parallèle 15, et les signaux des éléments
détecteurs 11 de la zone de détecteur Y à la ligne parallèle 16.
L'entrée négative de l'amplificateur différenciateur 18 reçoit ainsi un signal qui représente la somme des signaux des éléments détecteurs 1 1 aussi bien de la zone de détecteur X que de la zone de détecteur Z. En correspondance, on amène à l'entrée positive de l'amplificateur différenciateur 18 via la ligne parallèle 16 un signal qui est formé par la somme des signaux des éléments détecteurs 11 de la zone de détecteur Y. Au cas o le détecteur de lumière à éléments multiples 5 est attaqué par un faisceau lumineux reçu 10, par exemple sensiblement uniquement dans la zone de détecteur Y, comme illustré dans la figure 2, l'amplificateur différenciateur 18 envoie un signal de sortie positif S au convertisseur analogique/numérique 19. Après numérisation par le convertisseur analogique/numérique 19, ce signal est traité dans le microprocesseur 20, par exemple pour générer, après comparaison du signal avec une valeur seuil, un signal de détection d'objet au niveau
de sa sortie 21.
Maintenant, il est possible de calibrer le détecteur 1 illustré dans la figure 3 selon l'agencement de la figure 1 par rapport à une distance de référence D' entre les objets à l'intérieur de la zone à surveiller et le détecteur 1. Grâce à ceci, pendant les mesures qui suivent, on doit supprimer par exemple un avant-plan et un arrière-plan de la zone à surveiller, de telle sorte que le détecteur ne réagit qu'à des objets à
l'intérieur d'une zone objet intermédiaire.
A cet effet, on doit agencer dans la zone à surveiller, à la distance de référence désirée vis-à-vis du détecteur 1, un objet de référence 9'. A cas o l'objet de référence 9' réfléchit le faisceau lumineux émis 8 en tant que faisceau lumineux reçu 10 par exemple sous un angle de rayonnement cc qui a pour conséquence l'attaque illustrée à la figure 2 du détecteur de lumière à éléments multiples 5 par le faisceau lumineux reçu 10, c'est exactement la subdivision illustrée dans la figure 2 ou dans la figure 3 des éléments détecteurs 11 du détecteur de lumière à éléments multiples 5 en zones de détecteur X, Y et Z qui est logique. Cette subdivision doit donc être reconnue par l'unité de commande et d'évaluation 7 et être maintenue en tant qu'ajustage de calibrage. A cet effet, le microprocesseur 20 détecte tout d'abord le signal de sortie de chaque élément détecteur 11, en détectant et en évaluant le signal de sortie, numérisé par le convertisseur analogique/numérique 19, de l'amplificateur différenciateur 18, dans les différentes positions des commutateurs 13, 14 imposées par l'unité de commande de commutation 17. Après l'évaluation, le microprocesseur 20 pilote pour les mesures successives l'unité de commande de commutation 17 pour ajuster les commutateurs 13, 14 exactement dans ces positions qui sont illustrées dans la figure 3 et qui correspondent à la subdivision également illustrée des éléments détecteurs 11 dans les trois zones de détecteur X, Y et Z. Ainsi, cette subdivision du détecteur de lumière à éléments multiples 5 est une précondition aux mesures qui suivent
pour l'ajustage de calibrage.
Lorsque, pendant les mesures qui suivent, un objet 9 se trouve maintenant à la distance de référence D', sur laquelle se base l'ajustage de calibrage effectué, par rapport au détecteur 1 à l'intérieur de la zone à surveiller, on peut lire le signal de sortie positif le plus élevé possible S au niveau de l'amplificateur différenciateur 18 en raison de l'ajustage
effectué des commutateurs 13, 14.
Par contre, lorsqu'un objet 9 se trouve à une autre distance D par rapport au détecteur 1 à l'intérieur de la zone à surveiller, il en résulte un angle de rayonnement cc et une déviation de rayonnement A qui se distinguent des valeurs à la base de l'ajustage de calibrage du détecteur 1. Étant donné que l'attaque du détecteur de lumière à éléments multiples 5 ne s'effectue dans ce cas plus sensiblement dans la zone de détecteur Y, contrairement à l'illustration dans la figure 2, l'amplificateur différenciateur 18 foumrnit un signal de sortie positif ou négatif plus faible S, en présupposant que la position des
commutateurs 13, 14 est maintenue.
La dépendance du signal de sortie S de l'amplificateur différenciateur 18 vis-à-vis de la distance D entre un objet 9 situé dans la zone à surveiller et le détecteur 1, est donnée par le tracé 22 montré dans la figure 4a pour la position illustrée dans la figure 3 des commutateurs 13, 14. On voit dans ce tracé de signal 22 que le signal de sortie S fournit une valeur maximum lorsque l'objet 9 se trouve à la distance de référence D' ou lorsque le détecteur de lumière à éléments multiples 5 est attaqué dans la zone de détecteur Y par le faisceau lumineux reçu 10. De plus, on voit par le tracé de signal 22 que la sortie de l'amplificateur différenciateur 18 fournit des valeurs négatives S au cas o le détecteur de lumière à éléments multiples 5 est attaqué par le faisceau lumineux reçu nettement à l'extérieur de la déviation de rayonnement de référence A'. Pour illustrer cette relation, la figure 4a suggère la position approximative des zones de détecteur X, Y et Z. La figure 4a montre que dans le détecteur conforme à l'invention la position des commutateurs 13, 14 à la base du tracé de signal 22 et illustrée dans la figure 3 peut être utilisée de manière simple pour supprimer par voie électronique l'avant-plan et l'arrière-plan de la zone à surveiller en correspondance des zones de détecteur X ou Z. A cet effet, le microprocesseur 20 envoie au niveau de sa sortie 21 un signal de détection d'objet par exemple uniquement lorsque le signal de sortie S de l'amplificateur différenciateur 18 dépasse la valeur seuil 23 montrée dans la figure 4a. Puis, seuls les objets qui se trouvent dans une zone objet correspondant à la zone de détecteur Y de la zone à surveiller peuvent entraîner le déclenchement d'un signal de détection d'objet. Au cas o la position illustrée dans la figure 3 des commutateurs 13, 14 est modifiée, de sorte que les éléments détecteurs 11 des zones de détecteur X et Y sont associés à la première ligne parallèle 15 et les éléments détecteurs 11 de la zone de détecteur Z à la seconde ligne parallèle 16, les zones de détecteur X et Y ne forment qu'une seule zone de détecteur commune. Dans ce cas, les éléments détecteurs 11 du détecteur de lumière à éléments multiples 5 sont divisés uniquement en deux zones de détecteurs à distinguer que sont les zones de détecteur "X avec Y" et la zone de détecteur Z. La dépendance correspondant à la position des commutateurs décrite auparavant entre le signal de sortie S de l'amplificateur différenciateur 18 et la distance D d'un objet 9 situé dans la zone à surveiller par rapport au détecteur, ou bien sa dépendance vis-à-vis de la déviation de rayonnement A correspondant à la distance D est montrée dans la figure 4b par le tracé 24 illustré schématiquement. Tant que la déviation de rayonnement A se trouve sensiblement à l'intérieur des deux zones de détecteur X et Y, l'amplificateur différenciateur 18 envoie un signal de sortie négatif S. Par contre, lorsque la déviation de rayonnement A se trouve sensiblement à l'intérieur de la zone de détecteur Z, l'amplificateur différenciateur 18 envoie un signal de sortie positif S. Ainsi, dans cette position des commutateurs, on peut supprimer de manière simple une zone, à savoir un avant-plan ou un arrière-plan de la zone à surveiller par comparaison du signal S avec
une valeur seuil par le microprocesseur 20.
Les possibilités de suppression montrées dans les figures 4a et 4b se basent uniquement sur les instructions de l'unité de commande de commutation 17 par le microprocesseur 20. Dans le microprocesseur 20, on peut mémoriser et appeler en cas de besoin de manière très simple différents schémas d'instructions dans l'unité de commande de commutation 17. Ainsi, l'unité de commande et d'évaluation illustrée dans la figure 3 est extrêmement flexible dans la reconnaissance d'objets 9 et dans la suppression électronique de différentes régions à l'intérieur de la zone à surveiller. Grâce aux différents calibrages, le détecteur réagit à des régions variables de la zone à surveiller, en pouvant effectuer un calibrage adapté à l'application spéciale de façon
automatisée et purement électronique, sans intervention mécanique.
L'agencement illustré dans la figure 3 de l'unité de commande et d'évaluation 7 pour lire les éléments détecteurs 11 et pour leur subdivision en différentes zones de détecteur peut également s'effectuer selon la structure montrée schématiquement dans la figure 5. Dans cet agencement, tous les éléments détecteurs 11 du détecteur de lumière à éléments multiples 5 sont connectés par l'intermédiaire de leurs sorties de signaux 6 à l'unité de transmission de données multiplex 25. L'unité de transmission de données multiplex 25 est connectée à un convertisseur analogique/numérique 19 qui est
connecté à son tour au microprocesseur 20.
Les signaux appliqués aux sorties de signal 6 des éléments détecteurs 1 1 du détecteur de lumière à éléments multiples 5 sont lus avec une fréquence appropriée individuellement et successivement dans le temps par l'unité de transmission de données multiplex 25 et ils sont transmis au convertisseur analogique/numérique 19. Celui numérise chacun des signaux et les transmet sous forme numérisée au
microprocesseur 20.
Ainsi, après avoir effectué la lecture complète de tous les éléments détecteurs 1 1, le microprocesseur 20 dispose individuellement de leurs signaux, sans qu'une addition de différents signaux soit effectuée à cet
instant, de manière similaire à celle décrite en se référant à la figure 3.
Le microprocesseur 20 peut évaluer maintenant les signaux
individuellement ou collectivement.
L'évaluation des signaux individuels par le microprocesseur est judicieuse en particulier lorsque l'on peut procéder à un ajustage de calibrage du détecteur 1. L'évaluation peut s'effectuer de manière similaire à celle décrite en se référant à la figure 3, de telle sorte que le résultat est une subdivision des éléments détecteurs 11 en différentes zones de détecteur. Dans ce cas, ces zones de détecteur correspondent à leur tour à des régions à l'intérieur de la zone à surveiller, dans
lesquelles les objets sont détectés ou intentionnellement non détectés.
Une évaluation collective des signaux des éléments détecteurs dans le microprocesseur 20 s'effectue en particulier lorsqu'une subdivision des éléments détecteurs 11 en zones de détecteur a eu lieu en correspondance des régions de la zone à surveiller. Dans ce cas, les signaux des éléments détecteurs 1 1 des zones de détecteur peuvent être additionnés, par exemple de manière similaire à celle décrite en se référant à la figure 3, de sorte que l'on peut former des différences entre les valeurs de somme résultantes et les comparer avec des valeurs seuil. Ainsi, le microprocesseur peut envoyer un signal au niveau de sa sortie 21, qui exprime si un objet se trouve dans la zone à surveiller du détecteur 1 ou dans quelle région de la zone à surveiller se trouve cet objet. En tout cas, le microprocesseur 20 est extrêmement flexible dans l'évaluation des signaux. Par conséquent, il est pourvu de manière simple d'une logique à auto-adaptation qui favorise par exemple un ajustage de calibrage automatique et qui est capable de reconnaître des modifications temporelles lentes des signaux basées sur des effets non désirés. La liste ci-après est une légende des références figurant
sur les dessins.
Liste des références 1 détecteur 2 émetteur de lumière 3 optique d'émission 4 optique de réception détecteur de lumière ou détecteur de lumière à éléments multiples 6 sortie de signal du détecteur 7 unité de commande et d'évaluation 8 faisceau lumineux émis 9 objet 9' objet de référence faisceau lumineux reçu 11 élément détecteur 12 section transversale du faisceau lumineux reçu 13 premier commutateur 14 second commutateur première ligneparallèle 16 seconde ligne parallèle 17 unité de commande du commutateur 18 amplificateur différenciateur 19 convertisseur analogique/numérique microprocesseur 21 sortie du microprocesseur 22 allure du signal 23 valeur seuil 24 allure du signal unité de transmission de données multiplex A déviation du rayonnement A' déviation du rayonnement de référence cc angle du rayonnement D distance entre l'objet 9 et le détecteur 1 D' distance de référence S signal de sortie de l'amplificateur différenciateur 18 X, Y, Z zone de détection
Claims (24)
1. Détecteur optoélectronique (1) comportant un émetteur de lumière (2) pour émettre un faisceau lumineux émis (8) dans une zone à surveiller, comportant un récepteur de lumière pour recevoir un faisceau lumineux reçu (10) qui est formé par la lumière émise réfléchie en direction du récepteur de lumière par un objet (9, 9') dans la zone à surveiller, le faisceau lumineux reçu (10) étant sous un angle par rapport au faisceau lumineux émis (8), variable en fonction de la distance entre l'objet (9, 9') et le détecteur (1), et comportant une unité de commande et d'évaluation (7) pour traiter le signal de sortie du récepteur de lumière, caractérisé en ce que le récepteur de lumière comporte un détecteur de lumière à éléments multiples (5) qui comprend au moins quatre éléments détecteurs individuels (11) agencés au voisinage les uns des autres, de telle sorte que différents éléments détecteurs (l 1) sont attaqués par le faisceau lumineux reçu
(10) en fonction de l'angle de rayonnement.
2. Détecteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens par lesquels les éléments détecteurs (11) du détecteur de lumière à éléments multiples (5) sont susceptibles d'être subdivisés de manière variable en
plusieurs, notamment en deux ou trois, zones de détecteur.
3. Détecteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
en ce que le détecteur de lumière à éléments multiples (5) présente un
agencement unidimensionnel d'éléments détecteurs (11).
4. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le nombre des éléments détecteurs (11) est une puissance entière du chiffre 2, et est compris notamment
entre 8 et 1024.
5. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'extension géométrique d'un élément détecteur (11) le long d'au moins une direction dans le plan de sa surface photosensible est inférieure, notamment sensiblement inférieure à l'extension géométrique du faisceau lumineux reçu (10) le
long de cette direction.
6. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'extension géométrique de l'agencement des éléments détecteurs (11) le long d'au moins une direction dans le plan de la surface photosensible du détecteur de lumière à éléments multiples (5) est supérieure à l'extension
géométrique du faisceau lumineux reçu (10) le long de cette direction.
7. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le détecteur de lumière à éléments multiples (5) présente une matrice à photodiodes, réalisée en
particulier en une seule pièce.
8. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des amplificateurs et/ou des commutateurs (13, 14) associés respectivement aux éléments détecteurs individuels (11), qui sont intégrés en particulier dans le
détecteur de lumière à éléments multiples (5).
9. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens pour la lecture en parallèle des signaux des éléments détecteurs (11), en particulier des signaux d'éléments détecteurs (11) subdivisés en zones de détecteur, les moyens étant formés en particulier par plusieurs lignes parallèles (15, 16) et/ou par
une unité de commande de commutateur (17).
10. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'un premier et un second commutateur (13, 14) sont associés à chaque élément détecteur respectif (1 1), tous les premiers commutateurs (13) étant connectés à une première ligne parallèle (15) et tous les seconds commutateurs (14) à une seconde
ligne parallèle (16).
11. Détecteur (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un troisième commutateur respectif est associé à chaque élément détecteur (1 1), tous les troisièmes commutateurs étant connectés à une troisième
ligne parallèle.
12. Détecteur (1) selon l'une ou l'autre des revendications 10 et 11,
caractérisé en ce que les éléments détecteurs (11) connectés via les premiers, seconds ou troisièmes commutateurs (13, 14) par l'intermédiaire d'une ligne parallèle (15, 16) forment une zone de
détecteur respective.
13. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens pour la lecture en série des signaux d'éléments détecteurs (1-1), en particulier une unité de transmission de
données multiplex (25).
14. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens pour former la somme des signaux des éléments détecteurs (11), la formation de la somme s'effectuant en particulier via les signaux des éléments détecteurs (11) de l'une ou de plusieurs zones de détecteur et/ou par envoi des signaux sur une ligne
parallèle commune (15, 16) et/ou au moyen d'un microprocesseur (20).
15. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens (18) pour former la différence entre les signaux des éléments détecteurs (11) ou entre les sommes des signaux
des éléments détecteurs (11).
16. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens par lesquels un signal de détection d'objet peut être généré lorsque la différence entre les sommes des signaux des éléments détecteurs (11) est inférieure et/ou égale et/ou supérieure à une valeur seuil définie (23), la formation de la somme s'effectuant en particulier via les signaux des éléments détecteurs (11) d'une ou de
plusieurs zones de détecteur.
17. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens par lesquels un signal de détection d'objet peut être généré lorsque la différence entre les sommes des signaux des éléments détecteurs (11) est à l'intérieur ou à l'extérieur d'une zone de tolérances entourant une valeur seuil définie (23), la formation de la somme s'effectuant en particulier via les signaux des éléments
détecteurs (11) d'une ou de plusieurs zones de détecteur.
18. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens (19) pour numériser les signaux des éléments détecteurs (11) et/ou la somme ou la différence des signaux
des éléments détecteurs (11).
19. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend un microprocesseur (20) pour commander la lecture en parallèle ou en série des signaux des éléments détecteurs (11) et/ou pour traiter les signaux des éléments détecteurs (11) et/ou pour déterminer la subdivision des éléments détecteurs (11) en zones de détecteur, le microprocesseur (20) comprenant en particulier une logique à auto-adaptation par rapport à des conditions d'application modifiées.
20. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens pour l'ajustage de calibrage manuel et/ou automatique d'une distance de référence entre un objet de référence (9') situé à l'intérieur d'une zone à surveiller et le détecteur (1), cet ajustage de calibrage permettant en particulier une subdivision des éléments détecteurs (11) du détecteur de lumière à éléments multiples (5) en
plusieurs, en particulier en deux ou trois, zones de détecteur.
21. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande et d'évaluation (7) comprend des moyens par lesquels une détermination de valeurs seuil (23) et/ou une subdivision des éléments détecteurs (11) du détecteur de lumière à éléments multiples (5) en zones de détecteur est adaptable automatiquement lorsque les signaux des éléments détecteurs (11) de différentes zones du détecteur de lumière à éléments multiples (5) se modifient lentement dans le temps, tandis que la distance de référence entre les objets (9, 9') situés à l'intérieur de la
zone à surveiller et le détecteur (1) reste constante.
22. Détecteur (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur de lumière (2) est réalisé pour émettre des signaux lumineux en forme d'impulsions, le détecteur (1) comprenant en particulier des moyens destinés à la synchronisation de la lecture des signaux des éléments détecteurs (11) avec les signaux
lumineux en forme d'impulsions.
23. Application d'un détecteur selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on utilise la
subdivision variable en zones de détecteur pour distinguer des
27636.99
réflexions diffuses et les réflexions spéculaires, en particulier pour reconnaître que les deux types de réflexion sont présents, de sorte que seul le type de réflexion diffus est utilisé en tant que valeur de signal
désirée pour la poursuite du traitement.
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