FR3098603A1 - Dispositif pour réaliser une série de mesures optiques sur des points voisins par multiplexage en longueur d’onde. - Google Patents

Dispositif pour réaliser une série de mesures optiques sur des points voisins par multiplexage en longueur d’onde. Download PDF

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Abstract

Dispositif de mesure optique (1000) qui comprend un système d’émission lumineuse (1100) pour l’émission d’un signal optique de mesure (Fmes), et un système de détection (1500) pour recevoir un signal optique (FR) formé à partir du signal optique de mesure (Fmes) ayant été réfléchi ou rétrodiffusé sur une surface cible. Le système d’émission lumineuse (1100) est configuré pour émettre une pluralité de faisceaux lumineux élémentaires formant ensemble ledit signal optique de mesure, où lesdits faisceaux lumineux élémentaires sont espacés spatialement les uns des autres et présentent chacun un spectre centré sur une fréquence centrale respective, et où deux au moins desdits faisceaux lumineux élémentaires présentent des valeurs respectives de la fréquence centrale qui sont distinctes les unes des autres. Figure pour l’abrégé : Figure 1A .

Description

DISPOSITIF POUR RÉALISER UNE SÉRIE DE MESURES OPTIQUES SUR DES POINTS VOISINS PAR MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR D’ONDE.
L’invention se rapporte à un dispositif de mesure optique qui comprend un système d’émission lumineuse, pour l’émission d’un signal optique de mesure, et un système de détection, pour recevoir un signal optique de retour formé à partir du signal optique de mesure ayant été réfléchi ou rétrodiffusé sur une surface cible.
Un tel dispositif de mesure optique forme par exemple un télémètre laser, pour mesurer des distances à des points respectifs d’une surface cible.
État de la technique antérieure
On connaît dans l’art antérieur de tels dispositifs de mesure optique, notamment des télémètres laser pour mesurer des distances à des points respectifs d’une surface cible.
De manière connue, un télémètre laser comporte une source laser, pour l’émission d’un signal optique de mesure en direction de ladite surface cible, et un photo-détecteur, pour recevoir un signal optique de retour correspondant au signal optique de mesure réfléchi ou rétrodiffusé sur la surface cible. La mesure de distance est basée par exemple sur le calcul d’un temps de vol, qui est le temps écoulé entre l’émission d’une impulsion laser par le télémètre laser, et la réception par le même télémètre de l’impulsion renvoyée en retour par la surface cible.
Afin de pouvoir mesurer des distances se rapportant à une pluralité de points sur la surface cible, il est également connu de réaliser un balayage dans l’espace du signal optique de mesure.
Un objectif de la présente invention est de proposer une solution pour augmenter une cadence de mesures optiques réalisées à l’aide d’un dispositif de mesure optique qui comprend un système d’émission lumineuse, pour l’émission d’un signal optique de mesure, et un système de détection, pour recevoir un signal formé à partir du signal optique de mesure ayant été réfléchi ou rétrodiffusé sur une surface cible.
Présentation de l’invention
Cet objectif est atteint avec un dispositif de mesure optique qui comprend :
- un système d’émission lumineuse, pour l’émission d’un signal optique de mesure ; et
- un système de détection, pour recevoir un signal optique formé à partir du signal optique de mesure ayant été réfléchi ou rétrodiffusé sur une surface cible ;
dans lequel le système d’émission lumineuse est configuré pour émettre une pluralité de faisceaux lumineux élémentaires formant ensemble ledit signal optique de mesure, où lesdits faisceaux lumineux élémentaires sont espacés spatialement les uns des autres et présentent chacun un spectre centré sur une fréquence centrale respective, et où deux au moins desdits faisceaux lumineux élémentaires ont des spectres ayant des valeurs respectives de la fréquence centrale qui sont distinctes les unes des autres.
Chacun desdits faisceaux lumineux élémentaires permet de réaliser une mesure se rapportant à un point déterminé distinct sur la surface cible. Le système d’émission lumineuse permet donc de réaliser simultanément des mesures se rapportant à une pluralité de points distincts sur la surface cible. On augmente ainsi fortement une cadence de mesure associée au dispositif de mesure optique, c’est-à-dire un nombre moyen de mesures réalisées par unité de temps.
On peut définir une pluralité de voies de mesure dans le dispositif de mesure optique selon l’invention, où chaque voie de mesure est associée à l’un des faisceaux lumineux élémentaires. Comme au moins deux des faisceaux lumineux élémentaires ont leurs spectres respectifs centrés sur des valeurs respectives de la fréquence centrale distinctes les unes des autres, l’invention permet de limiter des effets de diaphonie (ou cross-talk, en anglais), au sein même du dispositif de mesure optique selon l’invention tout comme à l’extérieur de ce dernier. On rappelle ici que la diaphonie désigne un bruit lié à des interférences entre deux signaux optiques spatialement et spectralement proches l’un de l’autre.
L’invention est avantageusement utilisée pour déterminer la forme d’une surface cible éloignée (par exemple située à plus de 10 cm, et même plus d’un mètre du dispositif de mesure optique), et/ou pour déterminer la forme d’une surface cible diffusante.
L’invention permet également de réaliser des mesures, sans diaphonie, sur des points d’une surface cible très proches les uns des autres, espacés deux à deux d’une distance pouvant être inférieure ou égale à 1 mm. En d’autres termes, l’invention permet d’augmenter non seulement la rapidité, mais également la précision d’une détermination de la forme d’une surface cible. Ces hautes résolutions, à la fois spatiale et temporelle, permettent notamment de réaliser des mesures sur un objet en mouvement ou en cours de déformation mécanique.
Le dispositif de mesure optique selon l’invention peut notamment former un scanner, en deux dimensions ou trois dimensions selon un balayage mis en œuvre, et à haute résolution spatiale et temporelle.
On peut remarquer que l’invention est basée sur un multiplexage en longueur d’onde et non sur un multiplexage temporel, ce qui simplifie grandement le dispositif. Cela implique la présence d’une pluralité de photo-détecteurs dans le dispositif de mesure optique selon l’invention, de préférence autant qu’il y a de faisceaux lumineux élémentaires.
De manière avantageuse, le dispositif de mesure optique selon l’invention comporte une pluralité de sources laser élémentaires, où chacune desdites sources laser élémentaires est configurée pour émettre un faisceau lumineux de même spectre que l’un respectif desdits faisceaux lumineux élémentaires, et où le système d’émission lumineuse est configuré pour que lesdits faisceaux lumineux élémentaires soient obtenus à partir des faisceaux émis par lesdites sources laser élémentaires. Lesdites sources laser élémentaires présentent donc chacune un spectre d’émission centré sur une fréquence centrale respective, avec au moins deux desdites sources laser élémentaires qui ont leurs spectres d’émission respectifs centrés sur des valeurs de la fréquence centrale distinctes les unes des autres.
Avantageusement, le dispositif de mesure optique selon l’invention comprend en outre un calculateur, relié au système de détection et configuré pour réaliser des mesures de distance.
De préférence, le dispositif de mesure optique selon l’invention comprend en outre un dispositif de balayage configuré pour mettre en œuvre un balayage spatial du signal optique de mesure.
De manière avantageuse, le dispositif de mesure optique selon l’invention comporte en outre un dispositif de collimation, ledit dispositif de collimation comprenant une pluralité de structures réfractives individuelles, où lesdites structures réfractives individuelles sont espacées deux à deux d’une distance centre à centre inférieure ou égale à 2 mm et associées chacune à l’un desdits faisceaux lumineux élémentaires.
Les fréquences centrales respectives des spectres desdits faisceaux lumineux élémentaires prennent avantageusement des valeurs respectives toutes distinctes les unes des autres.
Le système d’émission lumineuse est configuré de préférence pour émettre au moins huit faisceaux lumineux élémentaires formant ensemble ledit signal optique de mesure.
Lesdites valeurs respectives de la fréquence centrale qui sont distinctes les unes des autres sont avantageusement espacées deux à deux par des écarts en fréquence respectifs, lorsqu’elles sont rangées par ordre croissant ou par ordre décroissant, où ces écarts en fréquence sont chacun supérieur ou égal à 25 GHz.
De préférence, ces écarts en fréquence sont chacun compris entre 25 GHz et 200 GHz.
De manière avantageuse, au moins trois desdits faisceaux lumineux élémentaires présentent des spectres avec des valeurs respectives de la fréquence centrale qui sont distinctes les unes des autres et espacées deux à deux par un même écart en fréquence, lorsqu’elles sont rangées par ordre croissant ou par ordre décroissant.
Selon un mode de réalisation avantageux, le système d’émission lumineuse comporte :
- un élément de multiplexage, configuré pour réunir spatialement les faisceaux lumineux émis par chacune des sources laser élémentaires du système d’émission lumineuse, et former ainsi un faisceau lumineux polychromatique ;
- un élément de multiplexage et démultiplexage, configuré pour séparer spatialement les contributions spectrales d’un faisceau lumineux obtenu à partir dudit faisceau lumineux polychromatique, et pour regrouper spatialement des faisceaux élémentaires de retour renvoyés par la surface cible ; et
- un circulateur, configuré pour diriger, vers l’élément de multiplexage et démultiplexage, ledit faisceau lumineux obtenu à partir du faisceau lumineux polychromatique, et pour diriger vers le système de détection les faisceaux élémentaires de retour regroupés spatialement.
Le système d’émission lumineuse peut comporter en outre un élément de modulation d’amplitude, configuré pour moduler en amplitude le faisceau lumineux polychromatique fourni en sortie de l’élément de multiplexage, et agencé entre l’élément de multiplexage et le circulateur dans le sens de circulation de la lumière se propageant, en émission, dans le dispositif de mesure optique.
De manière avantageuse, le système de détection comporte :
- un élément de démultiplexage, configuré pour séparer spatialement les contributions spectrales d’un faisceau lumineux formé par lesdits faisceaux élémentaires de retour regroupés spatialement ; et
- une pluralité de photo-détecteurs, pour détecter chacun l’une desdites contributions spectrales séparées par l’élément de démultiplexage.
L’invention couvre également une utilisation d’un dispositif de mesure optique selon l’invention, pour réaliser en simultané une série de mesures optiques, sans diaphonie.
La série de mesures optiques comprend avantageusement une série de mesures de distance.
Brève description des figures
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
illustre de façon schématique un premier mode de réalisation d’un dispositif de mesure optique selon l’invention,
illustre de façon schématique une vue de détail du système d’émission lumineuse dans le dispositif de la figure 1A, et des spectres d’émission associés,
illustre de façon schématique une vue de détail du dispositif de collimation dans le dispositif de la figure 1A, et
illustre de façon schématique un deuxième mode de réalisation d’un dispositif de mesure optique selon l’invention.
La figure 1A illustre, de façon schématique, un premier mode de réalisation d’un dispositif de mesure optique 1000 selon l’invention. On a également représenté sur cette figure des axes d’un repère orthonormé (Oxyz).
Le dispositif de mesure optique 1000 comporte en particulier un système d’émission lumineuse 1100 et un système de détection 1500. Le système d’émission lumineuse 1100 est configuré pour l’émission, vers une surface cible non représentée, d’un signal optique de mesure. Le système de détection est configuré quant à lui pour recevoir un signal optique, formé à partir du signal optique de mesure réfléchi ou rétrodiffusé sur la surface cible.
Dans le mode de réalisation illustré ici, le système d’émission lumineuse 1100 comporte un bloc source 1110 comportant une pluralité de sources laser élémentaires 1111i, avec i= 1 à N, où N est un entier positif strictement supérieur à l’unité, et i est un entier positif. De préférence, le nombre N de sources laser élémentaires est supérieur ou égal à 8, voire même supérieur ou égal à 100. On a par exemple N=256.
Les sources laser élémentaires 1111ipeuvent être agencées selon une ligne, ou réparties selon les deux dimensions d’un plan, par exemple selon une matrice de lignes et de colonnes. En tout état de cause, elles émettent de préférence chacune selon des axes d’émission respectifs parallèles entre eux et espacés les uns des autres, et sont toutes agencées dans un même plan orthogonal à ces axes d’émission respectifs.
Chaque source laser élémentaire 1111iest formée par exemple par une diode laser.
Chaque source laser élémentaire 1111iest configurée pour émettre un faisceau lumineux respectif, nommé faisceau initial élémentaire, et noté F0i. Ici, les sources laser élémentaires 1111iprésentent des spectres d’émission respectifs (spectres en fréquence) centrés sur des valeurs respectives de fréquence centrale toutes distinctes les unes des autres. On décrit dans la suite plus en détail les caractéristiques de ces spectres d’émission.
Dans l’exemple représenté ici, mais de manière non limitative, le système d’émission lumineuse 1100 comporte en outre un élément de multiplexage 1120, un élément de modulation d’amplitude 1130 relié à un générateur de signaux 1140, un circulateur 1150, et un élément de multiplexage et démultiplexage 1160.
L’élément de multiplexage 1120 est agencé en aval du bloc source 1110, dans le sens de circulation de la lumière se propageant, en émission, dans le système d’émission lumineuse 1100. Il est configuré pour recevoir en entrée chacun des faisceaux initiaux élémentaires F0i, et pour réunir spatialement ces faisceaux en un unique faisceau, nommé faisceau lumineux polychromatique FP. L’élément de multiplexage 1120 est constitué de préférence par un multiplexeur à réseau de guides d’onde, désigné en général par l’acronyme « AWG » pour l’anglais « Arrayed Waveguide Grating » (historiquement désigné par l’expression « phased arrayed grating »). Un AWG permet de réunir spatialement une pluralité de faisceaux monochromatiques, ici les faisceaux initiaux élémentaires F0i, à l’aide d’un réseau de guides d’onde disposé entre deux éléments planaires de guidage. Chaque faisceau initial élémentaire F0iarrive en entrée de l’AWG, en une position respective qui dépend de la longueur d’onde centrale de son spectre. A sa sortie, l’AWG délivre le faisceau lumineux polychromatique FP correspondant à la somme des différents signaux d’entrée.
L’élément de modulation d’amplitude 1130 est agencé en aval de l’élément de multiplexage 1120, dans le sens de circulation de la lumière se propageant, en émission, dans le système d’émission lumineuse 1100. Il est configuré pour recevoir en entrée le faisceau lumineux polychromatique FP, qui est un signal d’amplitude constante (les faisceaux initiaux élémentaires F0iétant eux-mêmes d’amplitude constante).
L’élément de modulation d’amplitude 1130 est relié à un générateur de signaux 1140, configuré pour générer un signal de modulation SC. L’élément de modulation d’amplitude 1130 est configuré pour recevoir en entrée le faisceau lumineux polychromatique FP et le signal SC, et pour fournir en sortie un faisceau polychromatique modulé, FPM, correspondant au faisceau lumineux polychromatique FP modulé en amplitude par le signal SC. L’élément de modulation d’amplitude 1130 comprend par exemple un amplificateur à gain variable, dont la commande de gain est formée à partir du signal SC. Ici, le signal de modulation SC est un signal de type impulsionnel, constitué d’une série de brèves impulsions de type Dirac, séparées par des paliers à la valeur nulle. Le faisceau polychromatique modulé FPM, obtenu en sortie de l’élément de modulation d’amplitude 1130, forme donc ici un signal impulsionnel.
En variante, l’élément de modulation d’amplitude 1130 peut être relié à un module en technologie de traitement numérique du signal (ou DSP, pour l’anglais « Digital Signal Processor »), et configuré là-encore pour moduler en amplitude le faisceau lumineux polychromatique FP.
Le circulateur 1150 est agencé en aval de l’élément de modulation d’amplitude 1130, dans le sens de circulation de la lumière se propageant, en émission, dans le système d’émission lumineuse 1100. Il est configuré pour recevoir en entrée un faisceau lumineux obtenu à partir du faisceau lumineux polychromatique FP, ici le faisceau polychromatique modulé FPM, et pour le diriger vers l’élément de multiplexage et démultiplexage 1160.
L’élément de multiplexage et démultiplexage 1160 est agencé en aval du circulateur 1150, dans le sens de circulation de la lumière se propageant, en émission, dans le système d’émission lumineuse 1100. Il est configuré pour recevoir en entrée le faisceau lumineux obtenu à partir du faisceau lumineux polychromatique FP, ici le faisceau polychromatique modulé FPM, et pour séparer spatialement les différentes contributions spectrales de ce dernier de manière à former une pluralité de faisceaux élémentaires modulés FMi. Il y a autant de faisceaux élémentaires modulés FMique de sources laser élémentaires 1111idans le dispositif de mesure optique 1000.
Chacun des faisceaux élémentaires modulés FMiprésente un spectre en fréquence sensiblement identique à celui de l’un des faisceaux initiaux élémentaires F0i, et est associé à l’une des sources laser élémentaires 1111i. Chacun des faisceaux élémentaires modulés FMiforme en revanche un signal de type impulsionnel, tandis que les faisceaux initiaux élémentaires F0iforment chacun un signal continu. En effet, l’élément de multiplexage 1120, l’élément de modulation d’amplitude 1130 relié au générateur de signaux 1140, et l’élément de multiplexage et démultiplexage 1160 permettent ensemble de transformer une série de signaux continus (les faisceaux initiaux élémentaires F0i) en une série de signaux impulsionnels (les faisceaux élémentaires modulés FMi). La transformation en signal impulsionnel est réalisée sur un signal polychromatique, formé par le regroupement des faisceaux initiaux élémentaires F0i. Cela permet d’obtenirin fineune série de signaux impulsionnels dont les impulsions sont synchronisées ensemble.
L’élément de multiplexage et démultiplexage 1160 est constitué de préférence par un AWG, du type de celui utilisé pour former l’élément de multiplexage 1120. En effet, selon le sens de circulation de la lumière dans l’AWG, ce dernier réalise un multiplexage spatial ou un démultiplexage spatial. Ici, le faisceau polychromatique modulé FPM est amené en entrée de l’AWG 1160, et les faisceaux élémentaires modulés FMiémergent en sortie de ce dernier, spatialement espacés les uns des autres, en des positions sur l’AWG 1160 qui dépendent de leurs longueurs d’onde centrales respectives.
Ici, le système d’émission lumineuse 1100 comporte en outre un dispositif de collimation 1200. Le dispositif de collimation 1200 est constitué ici d’une pluralité de structures réfractives individuelles, par exemple des micro-lentilles. Le dispositif de collimation 1200 comporte au moins autant de structures réfractives individuelles qu’il y a de faisceaux élémentaires modulés FMi, et donc de sources laser élémentaires. Chacune de ces structures réfractives individuelles est configurée pour recevoir l’un des faisceaux élémentaires modulés FMi. Chacune de ces structures réfractives individuelles est configurée pour transformer l’un des faisceaux élémentaires modulés FMien un faisceau de rayons parallèles entre eux, c’est-à-dire un faisceau collimaté nommé faisceau élémentaire collimaté FMCi. Les faisceaux élémentaires collimatés FMCi, en sortie du dispositif de collimation 1200, forment ensemble le faisceau de mesure Fmes.
Enfin, le dispositif de mesure optique 1000 comporte ici un dispositif de balayage 1300, configuré pour recevoir en entrée les faisceaux élémentaires collimatés FMCi, et pour diriger ensemble ces faisceaux dans une direction prédéterminée. Le dispositif de balayage 1300 est apte à prendre une pluralité de positions prédéterminées, associées chacune à un axe prédéterminé de redirection des faisceaux incidents. Le dispositif de balayage 1300 peut mettre en œuvre un balayage dans un plan. Le dispositif de mesure optique 1000 forme alors un scanner en deux dimensions. En variante, le dispositif de balayage 1300 peut mettre en œuvre un balayage dans un volume, de préférence à l’aide d’un élément tournant. Le dispositif de mesure optique 1000 forme alors un scanner en trois dimensions. Le dispositif de balayage 1300 comporte par exemple un miroir tournant, configuré pour diriger ensemble les faisceaux incidents dans une direction de renvoi prédéterminée fonction de la position dudit miroir.
En utilisation, le système d’émission lumineuse 1110 émet simultanément une série de faisceaux initiaux élémentaires F0iformant chacun un signal continu. Ces signaux continus sont transformés en une série de faisceaux élémentaires modulés FMi, à l’aide de l’élément de multiplexage 1120, l’élément de modulation d’amplitude 1130 relié au générateur de signaux 1140, et l’élément de multiplexage et démultiplexage 1160. Les faisceaux élémentaires modulés FMisont des signaux impulsionnels tous synchronisés entre eux, c’est-à-dire composés chacun d’impulsions synchrones. Les faisceaux élémentaires modulés FMisont ensuite collimatés par le dispositif de collimation 1200, puis dirigés dans l’une parmi plusieurs directions prédéterminées par le dispositif de balayage 1300. Ils se propageant alors en espace libre jusqu’à une surface cible, non représentée. La surface cible désigne une surface, ou un ensemble de surfaces, située à distance du système d’émission lumineuse 1100 et du dispositif de balayage 1300, et apte à réfléchir ou rétrodiffuser les faisceaux émis par le dispositif de mesure optique 1000. Les faisceaux lumineux se propageant depuis le bloc source 1110 jusqu’à la surface cible sont représentés en trait plein, à la figure 1A.
A chaque faisceau élémentaire collimaté FMCicorrespond un faisceau élémentaire de retour FRi, i=1 à N, qui est la réflexion ou la rétrodiffusion dudit faisceau élémentaire collimaté FMCisur la surface cible. Les faisceaux élémentaires de retour FRi, i=1 à N, forment ensemble un signal optique de retour FR.
Chacun des faisceaux élémentaires de retour FRiretourne vers le dispositif de mesure optique 1000, et parvient jusqu’à l’élément de multiplexage et démultiplexage 1160 après traversée du dispositif de balayage 1300 et du dispositif de collimation 1200. Il suit pour cela le même trajet que le faisceau élémentaire collimaté FMCiet le faisceau élémentaire modulé FMicorrespondant, mais dans le sens inverse. Le dispositif de balayage 1300 conserve la même position entre l’instant où il est traversé par les faisceaux élémentaires collimatés FMCiet l’instant où il est traversé par les faisceaux élémentaires de retour.
L’élément de multiplexage et démultiplexage 1160 est configuré pour recevoir en entrée les faisceaux élémentaires de retour FRi, et pour réunir spatialement ces différents faisceaux en un unique faisceau, nommé faisceau polychromatique de retour FPR. Les faisceaux élémentaires de retour FRientrent dans l’élément de multiplexage et démultiplexage 1160 au niveau des positions d’où en émergent les faisceaux élémentaires modulés FMi. De manière similaire, le faisceau polychromatique de retour FPR émerge de l’élément de multiplexage et démultiplexage 1160 au niveau d’une position d’entrée du faisceau polychromatique de mesure FPM.
Le circulateur 1150 est configuré en outre pour recevoir en entrée le faisceau polychromatique de retour FPR, et pour le diriger vers le système de détection 1500. Le circulateur 1150 présente ici trois ports, parmi lesquels un port d’entrée du faisceau polychromatique modulé FPM, un port de sortie du faisceau polychromatique modulé FPM et d’entrée du faisceau polychromatique de retour FPR, et un port de sortie du faisceau polychromatique de retour FPR.
Le système de détection 1500 comprend ici un élément de démultiplexage 1510, et un ensemble 1520 de photo-détecteurs.
L’élément de démultiplexage 1510 est configuré pour recevoir en entrée le faisceau polychromatique de retour FPR en provenance du circulateur 1150, et pour séparer spatialement ses différentes contributions spectrales de manière à former une série de faisceaux élémentaires recomposés FCi, qui présentent chacun les mêmes caractéristiques en spectre et en intensité que l’un des faisceaux élémentaires de retour FRi. En d’autres termes, l’élément de démultiplexage 1510 permet de former à nouveau les faisceaux élémentaires de retour FRi, nommés alors faisceaux élémentaires recomposés FCi. L’élément de démultiplexage 1510 est constitué de préférence par un AWG, du type de celui utilisé pour former l’élément de multiplexage 1120. En effet, et comme énoncé ci-avant, un AWG réalise un multiplexage spatial ou un démultiplexage spatial en fonction du sens de circulation de la lumière dans ce dernier. Les faisceaux élémentaires recomposés FCiémergent de l’AWG 1510, spatialement espacés les uns des autres, en des positions sur l’AWG 1510 qui dépendent de leurs longueurs d’onde centrales respectives.
Les faisceaux élémentaires recomposés FCise propagent ensuite jusqu’à l’ensemble 1520 de photo-détecteurs. L’ensemble 1520 de photo-détecteurs comporte ici autant de photo-détecteurs 1521iqu’il y a de faisceaux élémentaires modulés FMigénérés dans le dispositif de mesure optique selon l’invention, ici autant de photo-détecteurs 1521iqu’il y a de sources laser élémentaires 1111idans le bloc source 1110. On a donc ici N photo-détecteurs 1521i, chacun étant configuré pour recevoir l’un respectifs des faisceaux élémentaires recomposés FCi. Chaque photo-détecteur est constitué par exemple d’une simple photodiode. Les différents photo-détecteurs 1521ide l’ensemble 1520 de photo-détecteurs sont avantageusement répartis selon un motif similaire à un motif de répartition des faisceaux élémentaires modulés FMigénérés dans le dispositif de mesure optique selon l’invention, et ici similaire à un motif formé par les sources laser élémentaires 1111idu bloc source 1110 (motifs identiques, ou se distinguant l’un de l’autre par une relation d’homothétie). Les faisceaux lumineux réfléchis ou rétrodiffusés sur la surface cible, et se propageant jusqu’à l’ensemble 1520 de photo-détecteurs, sont représentés en traits pointillés, à la figure 1A.
On peut définir dans le dispositif de mesure optique 1000 une pluralité de voies de mesure, qui correspondent chacune au chemin optique suivi par les rayons lumineux en provenance de l’une des sources laser élémentaires.
En utilisation, les faisceaux élémentaires de retour FRirenvoyés par la surface cible se propagent en espace libre pour revenir vers le dispositif de mesure optique 1000. Ils traversent successivement le dispositif de balayage 1300 et le dispositif de collimation 1200, avant d’atteindre l’élément de multiplexage et démultiplexage 1160 qui les regroupe spatialement en un faisceau polychromatique de retour FPR. Ce faisceau polychromatique de retour FPR se propage jusqu’au circulateur 1150 qui le dirige vers l’élément de démultiplexage 1510. L’élément de démultiplexage 1510 sépare le faisceau polychromatique de retour FPR en une pluralité de faisceaux élémentaires recomposés FCi, équivalent chacun à l’un des faisceaux élémentaires de retour FRi. Comme les faisceaux élémentaires modulés FMi, et les faisceaux élémentaires collimatés FMCi, les faisceaux élémentaires de retour FRiet les faisceaux élémentaires recomposés FCisont des signaux impulsionnels, permettant de réaliser des mesures de temps de vol.
Un temps de vol désigne un retard temporel entre un instant d’émission d’une impulsion, par le dispositif de mesure optique 1000, et un instant de réception de l’impulsion renvoyée en réponse par la surface cible.
On peut négliger le temps de parcours de la lumière au sein du dispositif de mesure optique 1000, depuis l’élément de modulation d’amplitude 1130 jusqu’à la sortie du dispositif de balayage 1300. L’instant d’émission d’une impulsion peut donc être déterminé à partir des caractéristiques du signal de modulation SC, fourni par le générateur de signaux 1140.
L’impulsion renvoyée en réponse par la surface cible est obtenue par la réflexion ou la rétrodiffusion, sur la surface cible, de l’impulsion émise considérée. On peut négliger le temps de parcours de la lumière au sein du dispositif de mesure optique 1000, depuis le dispositif de balayage 1300 jusqu’à l’ensemble 1520 de photo-détecteurs. L’instant de réception de l’impulsion renvoyée correspond alors à un instant de réception par le photo-détecteur 1521icorrespondant.
A partir du temps de vol et de la vitesse de la lumière, on peut déterminer une distance entre le dispositif de mesure optique 1000 d’une part, et un point déterminé sur la surface cible d’autre part. Ce point est associé à une ligne de visée déterminée, laquelle est définie par l’identification de la source laser élémentaire 1111icorrespondante, dans le dispositif de mesure optique 1000, et par la position du dispositif de balayage 1300, au moment de l’émission de l’impulsion.
Pour chaque position du dispositif de balayage 1300, le dispositif de mesure optique 1000 selon l’invention permet d’obtenir simultanément une pluralité de mesures associées chacune à une ligne de visée. Pour une même fréquence de changement de position du dispositif de balayage 1300 (fréquence de balayage), et pour un même ensemble de lignes de visées pour lesquelles on souhaite effectuer une mesure, l’invention permet de réduire fortement une durée totale d’acquisition des mesures. En d’autres termes, on augmente fortement une cadence moyenne de mesures optiques, où chacune desdites mesures optiques permet de déterminer la position dans l’espace d’un point sur une surface cible. L’augmentation de la cadence est directement liée au nombre de sources laser élémentaires dans le bloc source 1110. En particulier, ladite cadence est multipliée par le nombre de sources laser élémentaires 1111idans le bloc source 1110, pour une même fréquence de balayage du dispositif de balayage 1300. Par exemple, si le bloc source 1110 comporte 256 sources laser élémentaires 1111iau lieu d’une unique source laser, on peut passer d’une cadence de mesure de 104points/seconde (10 kHz) à une cadence moyenne de mesure de 2,56. 106points/seconde (2,56 MHz). On voit donc que l’invention permet de réaliser un scanner laser à très haute vitesse de balayage.
De préférence, le dispositif de mesure optique 1000 est un dispositif fibré ou intégré sur une puce optique. En d’autres termes, la lumière se propage d’un élément à l’autre dudit dispositif de mesure optique 1000 en traversant des fibres optiques ou des guides d’ondes.
La figure 1B illustre de façon schématique le bloc source 1110 du dispositif de mesure optique 1000 illustré à la figure 1A, ainsi que le spectre d’émission dudit bloc source 1110.
Chaque source laser élémentaire 1111iqui compose le bloc source 1110 présente un spectre d’émission respectif Si, dont la forme est proche d’une gaussienne, et centré sur une fréquence centrale respective fci. Ici, chacune des sources laser élémentaires 1111iest associée à une valeur distincte de la fréquence centrale fci. Les spectres d’émission Sisont des spectres en fréquence, reliant une fréquence à une amplitude du signal à ladite fréquence.
Lesdites valeurs distinctes de la fréquence centrale fcisont espacées deux à deux par des écarts en fréquence respectifs Δfjcompris chacun entre 25 GHz et 200 GHz, plus préférentiellement entre 80 GHz et 150 GHz, lorsque lesdites valeurs distinctes sont rangées par ordre croissant, respectivement décroissant.
Chaque source laser élémentaire 1111iayant son spectre d’émission Sicentré sur une valeur distincte de la fréquence centrale, lesdites sources laser élémentaires 1111ipeuvent être utilisées conjointement, sans diaphonie entre les faisceaux lumineux émis par chacune d’entre elles. En particulier, les faisceaux lumineux en provenance de chacune des sources laser élémentaires n’interfèrent pas entre eux à des fréquences susceptibles d’être détectées au niveau du système de détection 1500, ni au sein du dispositif de mesure optique, ni à l’extérieur de ce dernier, que ce soit avant ou après la réflexion ou rétrodiffusion sur la surface cible. En particulier, s’il arrivait que lesdits faisceaux lumineux interfèrent entre eux, les interférences présenteraient des fréquences proches de Δfj, soit des fréquences cent à mille fois supérieures à une fréquence maximale de détection par les photo-détecteurs de l’ensemble 1520. L’invention permet donc d’augmenter une cadence moyenne de mesures optiques grâce à l’utilisation en simultané de plusieurs sources laser élémentaires, tout en évitant des phénomènes de diaphonie.
De manière avantageuse, lesdites valeurs distinctes de la fréquence centrale fcisont espacées deux à deux par des écarts en fréquence respectifs Δfjqui prennent tous une même valeur. Cette valeur est comprise de préférence entre 25 GHz et 200 GHz, plus préférentiellement entre 80 GHz et 150 GHz. Cette valeur est par exemple égale à 100 GHz. Elle correspond avantageusement à un écart en longueur d’onde d’environ 0,8 nm.
De manière avantageuse, les sources laser élémentaires 1111iémettent toutes à des longueurs d’onde proches de 1500 nm. Le dispositif de mesure optique selon l’invention peut ainsi être constitué par des composants utilisés habituellement dans le domaine des télécommunications optiques, courants dans le commerce.
On remarque chacun des faisceaux élémentaires modulés FMiet chacun des faisceaux élémentaires collimatés FMCiprésente le même spectre, centré sur la même fréquence centrale respective, que l’un correspondant des faisceaux initiaux élémentaires F0iémis par l’une correspondante des sources laser élémentaires 1111i. La figure 1C illustre de façon schématique, selon une vue de face dans un plan (Oxy), le dispositif de collimation 1200 du dispositif de mesure optique représenté en figure 1A.
Comme énoncé ci-avant, le dispositif de collimation 1200 est constitué ici d’une pluralité de structures réfractives individuelles, configurées chacune pour transformer l’un respectif des faisceaux élémentaires modulés FMien un faisceau de rayons parallèles entre eux (nommé faisceau élémentaire collimaté FMCi). Chacune des structures réfractives individuelles est donc associée à l’un respectif des faisceaux élémentaires modulés FMiet à l’un respectif des faisceaux élémentaires collimatés FMCi, correspondant respectivement à son faisceau d’entrée et son faisceau de sortie.
Le dispositif de collimation 1200 comporte ici N micro-lentilles 1211i. Les micro-lentilles 1211isont agencées de préférence selon une grille de répartition qui est une homothétie de la grille de répartition des sources laser élémentaires (le coefficient d’homothétie pouvant être égal à l’unité). De préférence, les micro-lentilles 1211isont réparties selon une ou deux dimensions de l’espace (barrette ou matrice de micro-lentilles).
De préférence, les micro-lentilles 1211iont leurs axes optiques respectifs tous parallèles entre eux, et s’étendent toutes dans un même plan orthogonal à ces axes optiques respectifs. On peut ainsi ajuster simultanément leurs positions respectives, de sorte que chacune d’elles réalise bien la collimation du faisceau élémentaire modulé FMicorrespondant.
Les micro-lentilles 1211isont agencées très proches les unes des autres, avec des distances centre à centre djchacune inférieure ou égale à 2 mm, voire même inférieure ou égale à
1 mm. Les distances centre à centre djse rapportent chacune à deux micro-lentilles 1211idirectement voisines. L’agencement des micro-lentilles 1211i, particulièrement proches les unes des autres, permet de réaliser des mesures simultanées sur des points de la surface cible très proches les uns des autres, et éloignés du dispositif de mesure optique selon l’invention. Ces points sont par exemple éloignés deux à deux de moins de 1 cm, voire moins de 5 mm, et même moins de 1 mm, et situés à plus d’un mètre du dispositif de balayage.
De préférence, les micro-lentilles 1211isont réparties selon une ou deux dimensions de l’espace, avec dans chacune de ces dimensions un pas de répartition régulier, et inférieur ou égal à 2 mm, voire même inférieur ou égal à 1 mm.
La figure 2 illustre de façon schématique un dispositif de mesure optique 2000 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Le dispositif de mesure optique 2000 illustré en figure 2 ne sera décrit que pour ses différences relativement à celui de la figure 1A.
Le dispositif de mesure optique 2000 comporte en particulier un dispositif de pilotage 2600 du système d’émission lumineuse. Le dispositif de pilotage 2600 peut comporter une simple alimentation en courant des différentes sources laser élémentaires 2111i, avec le cas échéant un contrôleur des niveaux de puissance optique et un contrôleur des températures au sein des sources laser élémentaires. Le dispositif de pilotage 2600 peut comporter en outre un processeur, ou micro-processeur, associé à une mémoire stockant un programme informatique apte à être exécuté par ledit processeur ou micro-processeur. Le dispositif de pilotage 2600 est relié au bloc source 2110, et configuré pour piloter l’allumage et l’extinction des sources laser élémentaires 2111idudit bloc source 2110. Il pilote en particulier leur allumage de manière à placer ledit bloc source 2110 dans un état dit d’émission, dans lequel toutes les sources laser élémentaires 2111iémettent un faisceau initial élémentaire respectif, F0i. Toutes les sources laser élémentaires 2111idu bloc source 2110 peuvent passer simultanément à l’état allumé, respectivement à l’état éteint. En variante, elles peuvent s’allumer tour à tour jusqu’à être toutes allumées, respectivement s’éteindre tour à tour jusqu’à être toutes éteintes.
Le dispositif de mesure optique 2000 comporte également un calculateur 2700, configuré pour fournir en sortie des mesures de distance. Le calculateur 2700 comporte de préférence un processeur, ou micro-processeur, associé à une mémoire stockant un programme informatique apte à être exécuté par ledit processeur ou micro-processeur.
Le calculateur 2700 est relié au système de détection 2500, et plus particulièrement à l’ensemble 2520 de photo-détecteurs. Il est relié en outre à un dispositif de pilotage 2800 du générateur de signaux 2140, et à un dispositif de pilotage 2900 du dispositif de balayage 2300.
Le dispositif de pilotage 2800 du générateur de signaux 2140 est configuré pour piloter les caractéristiques du signal de modulation SC émis par le générateur de signaux 2140, ici sa fréquence et un instant d’émission d’une impulsion initiale. Le calculateur 2700 est configuré pour recevoir, en provenance de ce dispositif de pilotage 2800, des données relatives aux instants d’émission des impulsions du signal de modulation SC, et donc relatives aux instants d’émission des impulsions du signal FPM en sortie de l’élément de modulation d’amplitude 2130. On considère que les instants d’émission des impulsions du signal FPM en sortie de l’élément de modulation d’amplitude 2130 sont égaux aux instants d’émission des impulsions en sortie du dispositif de mesure optique 2000.
Le calculateur 2700 est configuré en outre pour recevoir, en provenance de l’ensemble 2520 de photo-détecteurs 2521i, des données relatives aux instants de réception, par le dispositif de mesure optique 2000, des impulsions (généralement sous la forme de trains d’impulsions) renvoyées par la surface cible. De préférence, un convertisseur analogique-numérique est intercalé entre l’ensemble 2520 de photo-détecteurs et le calculateur 2700.
Le calculateur 2700 est configuré pour associer, à chaque impulsion reçue par l’un des photo-détecteurs 2521i, l’impulsion correspondante émise en sortie du dispositif de mesure optique 2000. En pratique, les impulsions émises et reçues peuvent être associées deux à deux à l’aide de leurs fréquences centrales respectives qui sont deux à deux égales, et à l’aide de l’écart temporel qui les sépare. En particulier, chaque impulsion émise est associée à l’impulsion reçue de même fréquence centrale, et reçue en premier à compter de l’instant d’émission de ladite impulsion émise.
A partir des données relatives aux instants d’émission des impulsions en sortie du dispositif de mesure optique 2000, et des données relatives aux instants de réception des impulsions renvoyées par la surface cible, le calculateur 2700 peut ainsi déterminer des temps de vol. Chaque temps de vol est un intervalle de temps, et se rapporte à une ligne de visée déterminée. Chaque temps de vol désigne une durée d’aller et retour de la lumière, le long de la ligne de visée associée, entre le dispositif de mesure optique 2000 et la surface cible. Le calculateur 2700 est configuré pour calculer ensuite, à partir des temps de vol et de la vitesse de la lumière (dans l’air, sauf cas particulier), des distances le long des lignes de visée, entre le dispositif de mesure optique 2000 et la surface cible.
Chaque ligne de visée est un axe défini par une direction et une origine, lesquelles dépendent de la position de la source laser élémentaire 2111icorrespondante et d’une déviation apportée par le dispositif de balayage 2300.
Ici, le dispositif de pilotage 2900 est configuré pour piloter des déplacements au sein du dispositif de balayage 2300, pour lui faire prendre successivement différentes positions prédéterminées associées à différents axes de déviation prédéterminés. Le calculateur 2700 est configuré pour recevoir, en provenance dudit dispositif de pilotage 2900, des données relatives à la position prise, à chaque instant, par le dispositif de balayage 2300. A partir de ces données, le calculateur 2700 est configuré pour déterminer les directions et origines respectives de chacune des lignes de visées associées à chacun des temps de vol calculés et chacune des distances calculées, de manière à déterminer les coordonnées en trois dimensions d’une pluralité de points sur la surface cible. Le calculateur 2700 fournit ainsi, en sortie, des données D caractérisant la topologie et le positionnement dans l’espace de la surface cible.
L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus.
Elle couvre notamment des dispositifs de mesure optique comportant des sources laser élémentaires de même spectre d’émission, à condition que deux au moins des sources laser élémentaires aient des spectres d’émission avec des valeurs respectives de la fréquence centrale distinctes les unes des autres. Dans ces variantes, lesdites valeurs de la fréquence centrale distinctes les unes des autres sont de préférence espacées deux à deux par des écarts en fréquence tels que décrits ci-dessus.
Selon d’autres variantes, le dispositif de mesure optique peut être dépourvu de dispositif de collimation tel que décrit ci-dessus. De même, d’autres valeurs de longueurs d’onde et fréquences centrales que celles citées en exemple peuvent également être utilisées.
Dans chacune des variantes de l’invention, le système d’émission lumineuse est configuré pour émettre une pluralité de faisceaux lumineux élémentaires qui forment ensemble le signal optique de mesure, qui sont espacés spatialement les uns des autres, et qui présentent chacun un spectre centré sur une fréquence centrale respective, où deux au moins desdits faisceaux lumineux élémentaires ont des spectres ayant des valeurs respectives de la fréquence centrale qui sont distinctes les unes des autres. L’espacement centre à centre entre lesdits faisceaux lumineux élémentaires est par exemple compris entre 0,5 mm et 5 mm, directement en sortie du système d’émission lumineuse. Dans les exemples décrits ci-dessus, lesdits faisceaux lumineux élémentaires sont formés par les faisceaux élémentaires collimatés FMCi. En l’absence de dispositif de collimation, lesdits faisceaux lumineux élémentaires sont formés par les faisceaux élémentaires modulés FMi. En tout état de cause, selon l’invention, le système d’émission lumineuse est configuré pour émettre simultanément chacun des faisceaux lumineux élémentaires qui forment ensemble le signal optique de mesure.
Dans les exemples décrits ci-dessus, chacun desdits faisceaux lumineux élémentaires est obtenu à l’aide d’une source laser élémentaire respective. Pour cela, chacune des sources laser élémentaires est configurée pour émettre un faisceau de même spectre que l’un respectif desdits faisceaux lumineux élémentaires.
Selon des variantes non représentées, les sources laser élémentaires et l’élément de multiplexage en sortie de celles-ci sont remplacés par une unique source laser générant un signal polychromatique. Ladite unique source laser est de préférence un laser à blocage de mode, en particulier un laser femto-seconde à blocage de mode, configuré pour générer un signal polychromatique dont le spectre en fréquence présente une forme de peigne. Chaque dent du peigne correspond au spectre en fréquence de l’un des faisceaux initiaux élémentaires F0idécrits ci-dessus. Dans les exemples ci-dessus, on a détaillé plus particulièrement le cas où le dispositif de mesure optique selon l’invention est configuré pour déterminer des distances, à partir de la détermination de temps de vol. Selon une variante non représentée, le dispositif de mesure optique selon l’invention est configuré pour déterminer des distances, à partir de la détermination de déphasages. Dans ce cas, le générateur de signaux ne fournit pas un signal impulsionnel, mais un signal modulé en amplitude présentant une phase connue. Selon une autre variante non représentée, le dispositif de mesure optique selon l’invention est configuré pour déterminer des distances, par des calculs de triangulation. Dans ce cas, les sources laser élémentaires s’étendent chacune selon une ligne, et sont associées chacune à une ligne de photo-détecteurs située à distance connue de la source laser élémentaire correspondante. En variante, l’unique source laser s’étend selon une ligne orientée de manière transverse à un axe d’étalement des composantes fréquentielles, en sortie de l’élément de multiplexage et démultiplexage 1160.
Dans chacune de ces variantes, le dispositif de mesure optique appartient à la famille des appareils de télédétection par laser, ou LIDAR (acronyme pour l’anglais « light detection and ranging »).
Selon d’autres variantes, le dispositif de mesure optique selon l’invention est configuré pour déterminer des vitesses, ou des déplacements, par interférométrie Doppler. Là-encore, l’invention permet de réaliser des mesures simultanées sur une pluralité de points distincts, même très peu espacés les uns des autres, tout en évitant des phénomènes de diaphonie. Le dispositif de mesure optique peut alors former un vélocimètre hétérodyne. Dans ce cas, il n’y a plus besoin d’un élément de modulation d’amplitude (avec son générateur de signaux), mais d’un bras de référence pour recevoir un signal qui génère des interférences avec un signal circulant sur un bras de mesure. Le faisceau lumineux polychromatique FP, en sortie de l’élément de multiplexage, est réparti entre une première voie qui conduit au circulateur et une seconde voie (bras de référence) qui conduit en entrée d’un coupleur à deux entrées et une sortie. Ce coupleur reçoit en seconde entrée le faisceau polychromatique de retour FPR (bras de mesure), et fournit en sortie un signal d’interférences qui est envoyé en entrée de l’élément de démultiplexage, disposé lui-même en amont des photo-détecteurs. En variante, le coupleur présente trois voies d’entrée et trois voies de sortie. L’une des voies d’entrée n’est pas utilisée. Deux des voies de sortie fournissent chacune un premier, respectivement un deuxième signal d’interférence. Chaque signal d’interférence est envoyé en entrée d’un élément de démultiplexage respectif, disposé lui-même en amont d’un ensemble respectif de photo-détecteurs. En variante, le dispositif de mesure optique peut former un vélocimètre homodyne (ou interféromètre de Mach-Zehnder, également connu sous l’acronyme VISAR pour l’anglais « Velocity Interferometer System for Any Reflector »). Dans ce cas, le faisceau polychromatique de retour FPR est réparti sur deux voies (bras de mesure et bras de référence), dont l’une comporte une ligne à retard, puis les deux voies sont recombinées par un coupleur à deux entrées et une sortie pour fournir un signal d’interférence. Ce signal d’interférence est envoyé en entrée de l’élément de démultiplexage, disposé lui-même en amont des photo-détecteurs. En variante, les deux voies sont recombinées par un coupleur à trois voies d’entrée et trois voies de sortie. L’une des voies d’entrée n’est pas utilisée. Deux des voies de sortie fournissent chacune un premier, respectivement un deuxième signal d’interférence. Chaque signal d’interférence est envoyé en entrée d’un élément de démultiplexage respectif, disposé lui-même en amont d’un ensemble respectif de photo-détecteurs. Dans chacune de ces variantes, le dispositif de mesure optique selon l’invention comporte au moins un ensemble de photo-détecteurs, dans lequel chaque photo-détecteur est associé à l’une respective des sources laser élémentaires ou à l’une respective des composantes spectrales d’un signal polychromatique émis par une source laser de type laser à blocage de mode. De tels dispositifs de mesure optique sont donc dépourvus de ligne à retard servant à amener les signaux d’une pluralité de voies de mesure tour à tour sur un même photo-détecteur. De manière avantageuse, dans chacune de ces variantes, le faisceau polychromatique de retour FPR interfère avec un signal formé à partir des mêmes sources laser élémentaires (ou de la même source laser de type laser à blocage de mode) que celle(s) à l’origine dudit faisceau polychromatique de retour FPR, sans diaphonie.

Claims (15)

  1. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) qui comprend :
    - un système d’émission lumineuse (1100 ; 2100), pour l’émission d’un signal optique de mesure (Fmes) ; et
    - un système de détection (1500 ; 2500), pour recevoir un signal optique (FPR) formé à partir dudit signal optique de mesure (Fmes) ayant été réfléchi ou rétrodiffusé sur une surface cible ;
    caractérisé en ce que le système d’émission lumineuse (1100 ; 2100) est configuré pour émettre une pluralité de faisceaux lumineux élémentaires (FMC1, FMCi, FMCN) formant ensemble ledit signal optique de mesure (Fmes), où lesdits faisceaux lumineux élémentaires sont espacés spatialement les uns des autres et présentent chacun un spectre (Si) centré sur une fréquence centrale respective (fci), et où deux au moins desdits faisceaux lumineux élémentaires ont des spectres ayant des valeurs respectives de la fréquence centrale qui sont distinctes les unes des autres.
  2. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon la revendication 1, qui comporte une pluralité de sources laser élémentaires (11111, 1111i, 1111N; 21111, 2111i, 2111N), où chacune desdites sources laser élémentaires est configurée pour émettre un faisceau (F01; F0i; F0N) de même spectre que l’un respectif desdits faisceaux lumineux élémentaires (FMC1, FMCi, FMCN), et où le système d’émission lumineuse (1100 ; 2100) est configuré pour que lesdits faisceaux lumineux élémentaires (FMC1, FMCi, FMCN) ) soient obtenus à partir des faisceaux émis par lesdites sources laser élémentaires.
  3. Dispositif de mesure optique (2000) selon la revendication 1 ou 2, qui comprend en outre un calculateur (2700), relié au système de détection (2500) et configuré pour réaliser des mesures de distance (21111, 2111i, 2111N).
  4. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, qui comprend en outre un dispositif de balayage (1300 ; 2300) configuré pour mettre en œuvre un balayage spatial du signal optique de mesure (Fmes).
  5. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, qui comporte en outre un dispositif de collimation (1200), ledit dispositif de collimation (1200) comprenant une pluralité de structures réfractives individuelles (1211i), où lesdites structures réfractives individuelles sont espacées deux à deux d’une distance centre à centre (dj) inférieure ou égale à 2 mm et associées chacune à l’un desdits faisceaux lumineux élémentaires (FMC1, FMCi, FMCN).
  6. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les fréquences centrales respectives (fci) des spectres desdits faisceaux lumineux élémentaires (FMC1, FMCi, FMCN) prennent des valeurs respectives toutes distinctes les unes des autres.
  7. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le système d’émission lumineuse (1100 ; 2100) est configuré pour émettre au moins huit faisceaux lumineux élémentaires (FMC1, FMCi, FMCN) formant ensemble ledit signal optique de mesure (Fmes).
  8. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel lesdites valeurs respectives de la fréquence centrale qui sont distinctes les unes des autres sont espacées deux à deux par des écarts en fréquence respectifs (Δfj), lorsqu’elles sont rangées par ordre croissant ou par ordre décroissant, et dans lequel ces écarts en fréquence sont chacun supérieur ou égal à 25 GHz.
  9. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon la revendication 8, dans lequel ces écarts en fréquence sont chacun compris entre 25 GHz et 200 GHz.
  10. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel au moins trois desdits faisceaux lumineux élémentaires (FMC1, FMCi, FMCN) présentent des spectres avec des valeurs respectives de la fréquence centrale (fci) qui sont distinctes les unes des autres et espacées deux à deux par un même écart en fréquence (Δfj), lorsqu’elles sont rangées par ordre croissant ou par ordre décroissant.
  11. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, dans lequel le système d’émission lumineuse (1100 ; 2100) comporte :
    - un élément de multiplexage (1120), configuré pour réunir spatialement les faisceaux lumineux (FO1, FOi, FON) émis par chacune des sources laser élémentaires du système d’émission lumineuse, et former ainsi un faisceau lumineux polychromatique (FP) ;
    - un élément de multiplexage et démultiplexage (1160), configuré pour séparer spatialement les contributions spectrales (FM1, FMi, FMN) d’un faisceau lumineux (FPM) obtenu à partir dudit faisceau lumineux polychromatique (FP), et pour regrouper spatialement des faisceaux élémentaires de retour (FR1, FRi, FRN) renvoyés par la surface cible ; et
    - un circulateur (1150), configuré pour diriger, vers l’élément de multiplexage et démultiplexage (1160), ledit faisceau lumineux (FPM) obtenu à partir du faisceau lumineux polychromatique (FP), et pour diriger vers le système de détection (1500) les faisceaux élémentaires de retour (FR1, FRi, FRN) regroupés spatialement.
  12. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon la revendication 11, dans lequel le système d’émission lumineuse comporte en outre un élément de modulation d’amplitude (1130 ; 2130), configuré pour moduler en amplitude le faisceau lumineux polychromatique (FP) fourni en sortie de l’élément de multiplexage (1120), et agencé entre l’élément de multiplexage (1120) et le circulateur (1150) dans le sens de circulation de la lumière se propageant, en émission, dans le dispositif de mesure optique.
  13. Dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon la revendication 11 ou 12, dans lequel le système de détection (1500 ; 2500) comporte :
    - un élément de démultiplexage (1510), configuré pour séparer spatialement les contributions spectrales d’un faisceau lumineux (FPR) formé par lesdits faisceaux élémentaires de retour (FR1, FRi, FRN) regroupés spatialement ; et
    - une pluralité de photo-détecteurs (15211, 1521i, 1521N), pour détecter chacun l’une desdites contributions spectrales séparées par l’élément de démultiplexage (1510).
  14. Utilisation d’un dispositif de mesure optique (1000 ; 2000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, pour réaliser en simultané une série de mesures optiques, sans diaphonie.
  15. Utilisation selon la revendication 14, dans laquelle la série de mesures optiques comprend une série de mesures de distance (D).
FR1907665A 2019-07-09 2019-07-09 Dispositif pour réaliser une série de mesures optiques sur des points voisins par multiplexage en longueur d’onde. Active FR3098603B1 (fr)

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