WO2003063070A2 - Ensemble d'interface entre un utilisateur et un dispositif electronique - Google Patents

Ensemble d'interface entre un utilisateur et un dispositif electronique Download PDF

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WO2003063070A2
WO2003063070A2 PCT/FR2003/000219 FR0300219W WO03063070A2 WO 2003063070 A2 WO2003063070 A2 WO 2003063070A2 FR 0300219 W FR0300219 W FR 0300219W WO 03063070 A2 WO03063070 A2 WO 03063070A2
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signals
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electronic device
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Yves Reza
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Yves Reza
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/0304—Detection arrangements using opto-electronic means
    • G06F3/0308—Detection arrangements using opto-electronic means comprising a plurality of distinctive and separately oriented light emitters or reflectors associated to the pointing device, e.g. remote cursor controller with distinct and separately oriented LEDs at the tip whose radiations are captured by a photo-detector associated to the screen
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C2201/00—Transmission systems of control signals via wireless link
    • G08C2201/30—User interface
    • G08C2201/32—Remote control based on movements, attitude of remote control device

Definitions

  • the present invention relates to the use of light sources, such as for example light diodes commonly called LEDs, in relation to traditional optical sensors such as photo diodes or rapid photo transistors to detect positions or displacements defined by the user by means of a device similar to that of a laser pointer or a computer “mouse”.
  • light sources such as for example light diodes commonly called LEDs
  • traditional optical sensors such as photo diodes or rapid photo transistors to detect positions or displacements defined by the user by means of a device similar to that of a laser pointer or a computer “mouse”.
  • the invention applies in particular to remote controls for controlling the operation of an electronic device comprising or using a display screen of any technology (cathode-ray screens called "LCD” screens, plasma screens, etc.), such as 'a television or video recorder.
  • a display screen of any technology cathode-ray screens called "LCD” screens, plasma screens, etc.
  • Controlling the operation of these devices by means of the remote controls usually encountered is tedious since the command option windows must be successively displayed on the screen so that a user can select one of the operating modes of the television or VCR.
  • the remote controls usually used do not have a "pointing" function and direct control of a cursor displayed on the screen to the gestures of the user of a cursor, control which is for example achieved by means of 'a computer "mouse" on a personal computer.
  • the invention can also be applied to devices which do not have display screens, when the detection of positions or movements carried out by the user is sufficient to define the command. Compared to previous solutions, the present invention provides the following advantages:
  • the invention applies in particular to remote controls for controlling the operation of a television or a video recorder. Controlling the operation of these devices by means of the remote controls usually encountered is tedious since the command option windows must be successively displayed on the screen so that a user can select one of the operating modes of the television or VCR.
  • the present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks by providing an interface assembly which allows easy control of an electronic device by simple, effective and inexpensive means.
  • Figure 1 describes in the form of a top view the elements which make up a first type of receiving device (D), which is the basic device of the invention, when it is produced with optical patterns: a photo sensor electric (R) receiving a light signal (SL) through a two-dimensional optical pattern (M).
  • D first type of receiving device
  • R photo sensor electric
  • SL light signal
  • M two-dimensional optical pattern
  • Figure 19 describes in the form of a top view the elements that make up a first type of receiving device (D), which is the basic device of the invention, when it is produced without an optical motif: a photoelectric sensor (R) arranged in a suitable position relative to an incident light signal (SL).
  • Figure 2 describes a front view of a two-dimensional optical pattern (M), of a point (P) of this pattern, and the corresponding coordinate (X) associated with the point (P).
  • Figure 3 depicts a receiving device (D) comprising a pattern (MV) with variable opacity in one dimension.
  • Figure 4 shows an example of a pattern (MV) with variable opacity in one dimension, which is a two-dimensional optical pattern having variable opacity in one dimension and constant opacity in the other direction.
  • Figure 5 describes another type of receiving device (D) used in the invention: a photoelectric sensor (R) receiving a light signal (SL) through a pattern (MU) with uniform opacity.
  • the line segment (L) represents the distance between the emitting light source (E) and the photoelectric sensor (R)
  • the axis (XE) represents the geometric axis of the emitting light source (E)
  • the axis (XR) represents the geometric axis of the photoelectric sensor (R)
  • the angle (AE) is the angle between the line segment (L) and the axis (XE) - the angle (AR) is the angle between the line segment
  • (M) is a two-dimensional optical pattern inserted between the emitting light source (E) the photoelectric sensor (R) - the point (P) is the intersection of the line segment
  • Figure 7 shows the same elements as Figure 6, but with the photoelectric sensor (R) pointing in a different direction.
  • Figures 6 and 7 remain valid when the two-dimensional optical patterns (M) and the points (P) defined above are deleted, and therefore apply to receiver devices (D) produced without two-dimensional optical patterns (M ).
  • Figures 8 to 11 describe different types of light signals that can be used during a measurement cycle.
  • Figure 12 describes an overview of an emitting light source (E), of two variable opacity patterns (MV1) and (MV2), as well as the points (PI) and (P2), images of the light source emitter (E) through patterns to variable opacity (MVl) and (MV2), as well as the coordinates (XI) and (X2) corresponding to the points (PI) and (P2).
  • Figure 13 describes an overview of two emitting light sources (El) and (E2), of two variable opacity patterns (MVl) and (MV2), the images (Pli) and (P21) of the emitting light source (E1) through the variable opacity patterns (MVl) and (MV2), the images (P12) and (P22) of the emitting light source (E2) through the variable opacity patterns (MVl) and (MV2), as well as the coordinates (Xll), (X12), (X21) and (X22) corresponding to the points (Pli), P (12), P (21) and (P22).
  • Figure 14 and Figure 20 depict general views of the elements of the invention, which will be described later.
  • Figure 15 and Figure 16 describe the modeling of a photoelectric sensor (R) composed of a photodiode, which will be detailed later.
  • Figure 17 describes the relative sensitivity of a BPW34 photodiode from Infineon as a function of the angle of incidence of a light ray.
  • Figure 18 describes the same information for an SFH203 photodiode from Infineon.
  • Figure 21 and Figure 22 describe one-dimensional position measurement methods specific to receiving devices (D) made without two-dimensional optical pattern (M).
  • FIG. 23 and Figure 24 describe two-dimensional position measurement methods specific to receiving devices (D) made without two-dimensional optical pattern (M).
  • the two basic elements of the invention are:
  • a receiving device (D) generating an electrical signal (SR) representative of the position in one dimension (DI) of an emitting light source (E), which is assumed to be fixed in the remainder of the description, can be produced according to two methods different:
  • a receiving device (D) produced with two-dimensional optical patterns (M) (see Figure 1):
  • - is lit by a point or quasi-point emitting light source (E) which emits a light signal
  • SL - consists of the following elements: a point or almost point photoelectric sensor (R) generating representative electrical signals (SR) of the light signals (SL) received
  • a two-dimensional optical pattern (M) which is composed of one or more surface (s) with well-defined optical properties
  • D a receiving device (D) produced with two-dimensional optical patterns (M):
  • the light signal (SL) passes through the two-dimensional optical pattern (M) before being picked up by the photoelectric sensor (R) the photoelectric sensor (R) and the two-dimensional optical pattern (M) are mounted rigidly with respect to each other, the two-dimensional optical pattern (M) is characterized by its opacity at each point; the light rays coming from the emitting light source (E) will therefore pass through at least one two-dimensional optical pattern (M) whose opacity is variable at each point before reaching the photoelectric sensor (R).
  • Opacity is the percentage of light retained at each position of the surface by the light rays which pass through it.
  • An opacity of 90% means that the light intensity of the rays after having crossed the surface at this position is 90% lower than the intensity of the light rays at this position before having crossed the surface.
  • an opacity of 90% has the same meaning as transparency of 10%. For example, an opacity of 99.9% (a transparency of 0.1%) corresponds to a “black” surface and an opacity of 10% (a transparency of 90%) to a “transparent” surface.
  • the transparency at each point of a two-dimensional optical pattern (M) which is the superposition of two two-dimensional optical patterns (M) of the same dimensions is the product of the transparencies in the same point of each of the two superimposed patterns.
  • a receiving device (D) produced without optical patterns in two dimensions (M) (see Figure 19):
  • a point or quasi-point emitting light source which emits a light signal (SL) consists of a photoelectric sensor (R), point or almost point, generating representative electrical signals (SR) of the light signals (SL) received, and:> with an axis of symmetry (XS) as regards its sensitivity with respect to the angle of incidence of the light rays (SL)
  • the intensity of the light signal (SL) arriving on the photoelectric sensor (R) depends on the following elements: a) the intensity light emitted by the emitting light source (E) emitted in the direction of the photoelectric sensor (R) (i.e. according to the light ray (L)) b) (when there are two-dimensional optical patterns (M) ) the opacity of the two-dimensional optical pattern (M) at point (P), intersection of the axis (L) and the two-dimensional optical pattern (M)
  • the static two-dimensional optical patterns (M) are as follows:
  • MU constant opacity
  • variable opacity pattern which is, in the context of this presentation, a two-dimensional pattern having a variable opacity in one dimension and a constant opacity in the perpendicular dimension (see Figure 4 for a schematic representation of such a motif (MV)).
  • MV variable opacity pattern
  • the opacity is strictly increasing or decreasing along the dimension in which it varies; this condition indeed makes it possible to know the position (X) in the dimension of variation of the opacity of a point (P) from the sole knowledge of the transparency or the opacity at this point (see Figure 2) , since two different values (X) necessarily correspond to two different transparencies or opacities.
  • the corrective pattern (MC) whose opacity is variable over the entire surface in order to correct an undesirable characteristic of the photoelectric sensor (R); for example, a corrective pattern (MC) which precedes a photoelectric sensor (R) makes it possible to correct the variations in sensitivity of this sensor as a function of the position of arrival of the light rays: the pattern will be more opaque for the light rays ( L) whose angles of incidence are such that the photoelectric sensor (R) is the most sensitive and will be less opaque for light rays for which the angles of incidence are such that the photoelectric sensor (R) is the least sensitive
  • These two-dimensional optical patterns (M) can for example be produced by printing on a transparent surface, in high definition, for example by means of a laser printer, a black and white image which corresponds to the pattern two-dimensional optics (M) desired.
  • a dynamic two-dimensional optical pattern which is a two-dimensional optical pattern in which the opacity at each point can be emitted over time by means of a suitable electrical signal.
  • An example of a dynamic optical pattern (MD) is the optical pattern produced by a point-to-point addressable liquid crystal screen; it is then possible to control, by means of suitable electrical signals, the opacity of each addressable point on the screen and to vary this opacity over time. It is possible to produce such a dynamic optical pattern (MD) for example by means of a liquid crystal screen, the transparency of which can be emitted electrically point by point.
  • a dynamic optical pattern as defined above can, if it has suitable dimensions, replace, in a fixed manner or on the contrary in a variable manner over time: for each of the three types of two-dimensional static optical patterns defined above (MU, MV, MC) - overlays of several of these patterns
  • the BPW34 photodiode has a relative sensitivity of 50% for an angle of incidence of 60 degrees
  • the photodiode SFH203 has a relative sensitivity of 50% at an angle of incidence of 20 degrees with regard to their sensitivity with respect to the incidence of light rays
  • these two photodiodes which are representative of the vast majority of photodiodes, can be modeled as described in
  • the relative sensitivity compared to the angle of incidence of a light ray (SL) is a decreasing (or constant) function ) as a function of the angle existing between the axis of symmetry (XS) on the one hand and the incident light ray (SL) on the other hand (the closer the light ray (SL) is to the axis of symmetry ( XS), the greater this sensitivity; this sensitivity is maximum when the incident rays are parallel to the axis of symmetry (XS)
  • the sensitivity varies according to the incidence inside the segment (XI, X2) of the line (XI, X2, XS) - the sensitivity does not vary if the angle of incidence of the light ray (SL) varies perpendicularly to the right (XI, X2, XS), because such a variation corresponds to an axis rotation (XS)
  • dynamic photoelectric sensors for which: the dynamic photoelectric sensor (RD) is arranged in a defined manner in advance with respect to the rest of the receiving device (D) during a given measurement of the intensity of the incident light rays (SL)
  • the same photoelectric sensor (R) can be used successively or alternately with a vertical plane (XI, X2, XS) and with a vertical plane (XI, X2, XS), in order to to fulfill the role of two separate and perpendicular photoelectric sensors (R).
  • a result could for example be obtained by rotating by means of a motor. the photoelectric sensor (R) or the receiving device (D) to which it belongs.
  • the only light sources involved are the emitting light source (s) (E) the emitting source (s) (E) are assumed to be fixed - the only possible obstacles present on the light ray going from a light source emitting (E) to a photoelectric sensor (R) are the two-dimensional optical patterns (M) defined above
  • the usual light sources constitute light signals whose frequency is equal to or less than 100 or 120 hertz (the daylight is constant or slowly variable, the artificial lighting is modulated to a frequency double that of the sector, that is to say 100 or 120 hertz according to the countries).
  • Each photoelectric sensor (R) operates in linear or quasi-linear mode (the representative electrical signal (SR) varies linearly or almost linearly depending on the light intensity received by the photoelectric sensor (R))
  • SR representative electrical signal
  • Adequate bandpass filtering of the representative electrical signal (SR) eliminates any influence of the signals corresponding to natural lighting or artificial, if the representative electrical signals (SR) have useful components of sufficiently high frequency
  • each photoelectric sensor (R) is assumed to operate in linear or quasi-linear mode with respect to the light intensity received.
  • each emitting light source (E) must therefore be in a frequency band distinct from the signal frequencies corresponding to natural or artificial lighting. For example, it will be sufficient for these signals to have frequencies greater than a few kilohertz.
  • SR representative electrical signals generated by one or more photoelectric sensor (s) (R).
  • R photoelectric sensor
  • the properties of the light signal (SL) which can vary over time include the following:
  • the amplitude of the representative electrical signals (SR) generated by a photoelectric sensor (R) is directly related to the amplitude of the light signals (SL) received by the photoelectric sensor (R) - the amplitude of the representative electrical signals
  • SR generated by a photoelectric sensor (R) can be linked to the frequency of the light signal (SL) via the two-dimensional optical pattern (M)
  • the amplitude of the light signal (SL) received by the photoelectric sensor (R) will depend, all other things being equal, on the respective colors of the light emitted by the emitting light source (E) and on the color of the two-dimensional optical pattern (M) at point (P) intersection of the pattern (M) and the light ray (L) emitted from the emitting light source (E) towards the photoelectric sensor (R).
  • the photoelectric sensor (R) generally has a sensitivity (defined as the ratio between the energy of the electric signal emitted on the one hand and the incident light energy on the other hand) which depends on the wavelength of the light signal received.
  • a sensitivity defined as the ratio between the energy of the electric signal emitted on the one hand and the incident light energy on the other hand
  • the wavelength of the light signals (SL) emitted by the emitting light source (s) (E) do not intervene not. This situation occurs in particular in the following cases:
  • the light signals (SL) emitted by an emitting light source (E) have a well-defined wavelength; this is particularly the case for light sources such as light emitting diodes, generally called "LEDs", or laser sources.
  • the opacity at each point of the optical pattern (s) in two dimensions (M) as well as the sensitivity of the photoelectric sensor (s) (R) do not depend on the frequency of the signals light (SL) emitted by the emitting light source (s) (E).
  • the frequencies of the light signals (SL) emitted by the emitting light sources (E) have frequencies which are at least of the order of a few kilohertz
  • Figures 8 to 11 show examples of variations over time (T) of the intensity (I) of the light signals (SL) emitted by a light source transmitter (E). These examples correspond to different examples of measurement cycles.
  • Figure 8 represents a light signal (SL) of zero intensity outside a time interval during which the intensity has a constant value.
  • the observation of representative electrical signals (SR) during the measurement cycle could in particular relate to one or more of the following:
  • Figure 9 represents a light signal (SL) of variable intensity over time and presenting a several local maxima (the "bumps" of the signal).
  • SL light signal
  • SR representative electrical signals
  • Figure 10 represents a light signal (SL) of zero intensity outside a time interval during which the intensity has a constant value.
  • the observation of representative electrical signals (SR) during the measurement cycle could in particular relate to one or more of the following:
  • - speed of increase Figure 11 represents a light signal (SL) of zero intensity outside a time interval during which the intensity has a constant value, the duration of the interval may vary.
  • the observation of representative electrical signals (SR) during the measurement cycle could in particular relate to one or more of the following: - maximum value
  • Figures 8 to 11 therefore provide examples of temporal properties meeting the defined constraints previously. If the useful life of the light signal (SL) is short enough (less than ⁇ or ⁇ milliseconds for example), the frequencies of the corresponding representative electrical signals (SR) will be high enough to allow the separation of these signals from the signals corresponding to the sources natural or artificial lighting.
  • SL useful life of the light signal
  • SR representative electrical signals
  • duration or the nature of the temporal properties of the light signals (SL) emitted by an emitting light source (E) can be defined at variable times, and in particular shortly before starting a measurement cycle.
  • the emitting light source (E) and the photoelectric sensor (R) constitute a support for transmitting logical information by light, for example by using the coding methods used for the remote controls of consumer devices.
  • the emitting light source (E) can therefore send to the photoelectric sensor (R) and to a processing chain of representative electrical signals (SR) information of a logical nature enabling the precise characteristics of a measurement cycle.
  • a photoelectric sensor (R) operating in linear or quasi-linear mode for example a photodiode of the BPW34 or SFH203 type, in an environment such as air ambient and in the absence of other light sources such as daylight or artificial lighting, the relationship between:
  • Kl is a constant dependent on the means of implementation, but not on the respective positions of the emitting light source (E) and the photoelectric sensor (R)
  • Sen (R, ⁇ ) is the sensitivity of the photoelectric sensor (R) with respect to the orientation of the light ray (SL) received
  • ILReceived (E, R) is the light intensity emitted by the emitting light source (E) arriving on the photoelectric sensor (R) e)
  • D 2 (E, R) is the square of the distance between the emitting light source (E) and the photoelectric sensor (R)
  • ILReceived (E, R) ILEmitted (E, R) X% Obstacles (E, R)
  • ILEmis (E, R) is the light intensity emitted by the light source (E) towards the photoelectric sensor (R)
  • ILReceived (E, R) is the light intensity emitted by the light source (E) received by the photoelectric sensor (R)
  • % Obst (E, R) is the percentage of light passing through the various obstacles present on the optical path between the emitting light source (E) and the sensor electric photo (R)
  • Formula 3 is composed only of products and quotients and that the signal electric SR generated by a photoelectric sensor (R) operating in linear or quasi-linear mode:
  • MV MV
  • MU constant opacity pattern
  • MC corrective pattern
  • Formula 3 For receiving devices (D) made with two-dimensional optical patterns (M), Formula 3 can be replaced by Formula 4:
  • Formula 3 For receiving devices (D) made without two-dimensional optical patterns (M), Formula 3 can be replaced by Formula 5:
  • % ⁇ (E, R) is a percentage that indicates the relative sensitivity of the photoelectric sensor
  • the representative electrical signal (SRI) is generated by the photoelectric sensor (R) of a receiving device (D) during a measurement cycle (Cl)
  • the representative electrical signal (SR2) is generated by the same photoelectric sensor (R) of the same receiving device (D) during a measurement cycle (C2) different from the cycle (Cl) A3) The measurement conditions have remained substantially identical between the measurement cycle (C1) and the measurement cycle (C2)
  • the representative electrical signal (SRI) is generated by a photoelectric sensor (RI) of a receiving device (DI) during a measurement cycle (Cl)
  • the representative electrical signal (SR2) is generated by the photoelectric sensor (R2) of another receiving device (D2) during the same measurement cycle (Cl), or during a measurement cycle (C2 )
  • the representative electrical signal (SRI), generated by a photoelectric sensor (RI) of a receiving device (DI), is substantially independent of the incidence of light rays (SL)
  • the receiving devices (DI) and (D2) receive substantially identical light signals.
  • Formula 4 and Formula 5 calculate the arithmetic ratio of the two electrical signals (SRI) and (SR2) in situations A and B defined above:
  • (SR2) / (SRI) (ILEmis2 (E, R) / ILE isl (E, R)) X (% Obst2 (E, R) /% Obstl (E, R) ) X (DI 2 (E, R) / D2 2 (E, R))
  • the ratio (SR2) / (SRI) depends essentially: -
  • D For the receiving devices (D) produced with two-dimensional optical patterns (M): of the ratio of the transparencies obstacles placed on the light beam going from the emitting light source (E) to the photoelectric sensor (R) during the two successive measurements.
  • Figures 6 and 7 illustrate such a situation: - In Figure 6, supposed to correspond to (SRI), the photoelectric sensor (R) is oriented along the axis (XR)
  • the ratio (SR2) / (SRI) calculated previously is therefore equal to the following ratio: (Transparency of the variable opacity pattern (MV) at point (P) in Figure 7) / (Transparency of the variable opacity pattern (MV) at point ( P) of Figure 6)
  • the ratio (SR2) / (SRI) calculated previously is therefore equal to the following ratio: (Sensitivity of the photoelectric sensor (R) relative to the angle of incidence of the light ray (L) of the
  • the receiving device (D) is manipulated by a user who produces a rotational movement, similar for example to the movement usually performed to manipulate a laser pointer in order to designate a distant point.
  • the ratio (SR2) / (SRI) could be very strongly dependent on the angle of the rotation performed by the user between the measurement cycle (C1) and the measurement cycle (C2).
  • S (E, R2) / S1 (E, R1) is independent of the positions of the photoelectric sensors (RI) and (R2) because this ratio depends on the photoelectric characteristics of the photoelectric sensors (RI) and (R2), but not their respective positions (between them or relative to the emitting light source (E))
  • b)% Obstl (E, Rl) and% ⁇ 1 (E, R) are independent of the position of the photoelectric sensor (RI) due to hypothesis B4)
  • c) (ILEmis (E, R2) / ILEmis (E , RI)) as well as (D 2 (E, R1) / D2 2 (E, R2)) are two ratios whose value is very close to 1 ⁇ unit or a constant, taking into account the definition of the Situation B
  • the ratio (SR2) / (SRI) depends essentially: - for receiving devices (D) produced with two-dimensional optical patterns (M): on the transparency of the obstacles placed on the ray light going from the emitting light source (E) to the photoelectric sensor (R2) - for receiving devices (D) produced without optical patterns in two dimensions (M): the sensitivity of the photoelectric sensor (R2) as a function of the angle of incidence of the light beam (SL)
  • Formula 4 also calculates the difference signal arithmetic (SR2) and (SRI); indeed, Formula 4:
  • SR (Kl XS (R) X ILEmis (E, R) X% Obst (E, R)) / D 2 (E, R)
  • SR (Kl XS (R) X ILEmis ( E, R) / D 2 (E, R)) X% Obst (E, R) Then in the form:
  • KER Kl XS (R) X ILEmis (E, R) / D 2 (E, R)) has the following properties (see Figure 6 or Figure 7): a) KER depends on the distance between the emitting light source (E) and the photoelectric sensor (R) b) KER depends on the angle from which the emitting light source (E) sees the photoelectric sensor (R) c) KER does not depend on 1 ⁇ angle at which the photoelectric sensor (R) sees the emitting light source (E)
  • the difference (SR2) / (SRI) depends essentially: a) on the difference in the transparencies of the obstacles placed on the light ray going from the emitting light source (E) to the photoelectric sensor (R ) during the two successive measurements b) the position of the photoelectric sensor (R) relative to the emitting light source (E) c) compliance with the following condition between the two successive measurements: the position of the photoelectric sensor (R) seen from the light source transmitter (E) remained constant
  • TR (X) the coordinate of the point (P) along the dimension of variation of the transparency
  • TR (X) the transparency at the coordinate (X)
  • MV variable opacity
  • K is a constant that depends on the exact formulas used for Logarithms and exponentials.
  • the variations in the sensitivity of the photoelectric sensor (R) as a function of the incidence of light rays (SL) determines the law of variation of the signals representative electrics (SR).
  • the sensitivity of the BPW34 sensor (Figure 17) is constant at 10% for an angle of incidence that varies between 0 and 25 degrees, and therefore, by symmetry, between + 25 and - 25 degrees (the sensitivity is constant to within 5% between + 15 and -15 degrees).
  • the BPW 43 sensor can therefore be used as a sensor whose sensitivity is substantially constant when the incidence of light rays varies within a range of 30 degrees or 50 degrees, depending on the accuracy. desired for this consistency.
  • a television screen is viewed at a distance which typically varies between 3 and 5 times the length of the diagonal of the screen, which corresponds to a viewing angle of the screen of the order of 12 at 20 degrees (the viewing angle of a television screen at a distance equal to once its diagonal is about 60 degrees).
  • a receiving device (D) whose sensitivity is substantially constant as a function of the angle of incidence of the light rays (SL) can therefore be produced using the following two methods:
  • a receiving device produced without two-dimensional optical pattern (M) and using photoelectric sensor (R) whose sensitivity is substantially constant as a function of the angle of incidence of the light rays (SL), such than a BPW34 photodiode receiving light rays (SL) around its axis of symmetry (XS)
  • a receiving device produced either with a variable opacity pattern (MV) or without a two-dimensional optical pattern (M)
  • Figure 21 and Figure 22 describe a method of measuring a position in one dimension.
  • Figure 21 and Figure 22 describe a method of measuring a position in one dimension.
  • - (RI) and (R2) are the photoelectric sensors (R) of two receiving devices (DI) and (D2), of axes of symmetry (XS1) and (XS2), rigidly arranged in positions defined at advance - (SL1) and (SL2) are the light rays emitted by the emitting light source (E) towards the photoelectric sensors (RI) and (R2)
  • the distances between the emitting light source (E) and the photoelectric sensors (RI) and (R2) is typically of the order of a meter (from a few tens of centimeters to a few meters, which corresponds to the usual distance for using a control device) - the emitting light source (E) moves inside the angle (XSl, XS2) (in space: inside the dihedral defined by the two planes containing (XSl) and (XS2) and perpendicular on the plan (XSl, XS2)); this configuration guarantees that the emitting light source (E) will always be to the right of (XSl) and to the left of (XS2)
  • the emitting light source (E) belongs to the plane (XSl, XS2) defined by the axes of symmetry (XSl) and (XS2)
  • the emitting light source (E) does not belong to the plane (XSl, XS2) defined by the axes of symmetry (XSl) and (XS2);
  • the point (F) is the orthogonal projection of (E) on this plane and belongs to the line (F1, F2), the points (FI) and (F2) belong respectively to the axis of symmetry (XSl) and (XS2 ), and are such that the distances from (FI) and (F2) to the active part of the photoelectric sensors (RI) and (R2) are equal
  • the points (F3) and (F4) are the orthogonal projections of (E ) on axes (XSl) and (XS2)
  • the sensitivity of the photo sensors (RI) and (R2) does not need to vary linearly; it suffices that it decreases with the angle of incidence of the light rays (SL) received so that the ratio (SR2) / (SR1) uniquely defines the position in one dimension of the emitting light source (E).
  • - BPW34 from 0 to 85 degrees (the angle (XS1, XS2) can be as wide as 85 degrees)
  • - SF203 from 0 to 40 degrees (the angle (XS1, XS2) can be as wide as 40 degrees)
  • the photoelectric sensors (RI) and (R2) have a sensitivity as a function of the angle of incidence which is linear, or expressed in the form of a simple mathematical formula, and it is then possible to calculate the quotient (SR2) / (SR1) in the form of a simple mathematical formula
  • the emitting light source (E) is no longer forced to move in the plane (XS1, XS2).
  • the two cases can be distinguished: a) the sensitivity of the photoelectric sensors (RI) and (R2) with respect to movements in a direction perpendicular to the plane (XSl, XS2) is substantially constant.
  • (SR2) / (SR1) means that: the emitting light source (E) describes, assuming without loss of generality that the emitting light source (E) moves in a plane perpendicular to the plane (XSl, XS2), a curve on this plane. This curve is defined in advance according to the sensitivity of the photoelectric sensors (RI) and
  • (SL1), (SL2) and (SL3) are the light rays emitted by the emitting light source (E) towards the photoelectric sensors (RI), (R2) and (R3)
  • the emitting light source (E) is supposed to move inside the trihedron (XSl, XS2, XS3); this configuration guarantees that the emitting light source (E) will always be on the same side with respect to each photoelectric sensor (RI), (R2) or (R3))
  • RI photoelectric sensor
  • Figure 23 we note that the considerations relating to Figure 22 apply to each of the 3 planes (XSl, XS2), (XS2, XS3) and (XS3, XSl). Consequently, there are the following two methods for calculating the position in two dimensions of the emitting light source (E), and these two methods correspond respectively to the application of the cases a) and b) above in a uniform manner.
  • the sensitivity of the photoelectric sensors (RI) and (R2) with respect to movements in a direction perpendicular to the plane (XSl, XS2) is variable.
  • the position in two dimensions of the emitting light source (E) is given by the intersection of two or three geometric places which correspond to two or three of the following relationships: (SR2) / (SR1), (SR3 / SR2), (SR3 / SRI); the possibility of using, in a manner analogous to case c) above, redundant information makes the calculations more reliable
  • the correspondence tables provide values for the position of the emitting light source (E) which can be improved if necessary by means of interpolations, for example linear interpolations.
  • the emitting light sources (EA) and (EB) are close enough not to be able to be distinguished by photoelectric sensors (R) - at least one of the following two conditions is met: the emitting light sources (EA) and (EB ) have very close electrical and light characteristics, and in particular the following two characteristics are very close:
  • the light intensity emitted by the emitting light source (s) (E) over time does not intervene in the calculation of the final result of the comparison of the electrical signals (SRI) and (SR2)
  • an emitting light source (E) to signify in practice “the emitting light source (E) and any other light sources which are equivalent to it according to the preceding definition”
  • the invention uses the following elements (see Figure 14): at least one emitting light source (E), emitting light signals (SL) with time characteristics known in advance
  • control means (20) adapted to selectively control the light source (s) (E) by means of control signals (25) - at least one receiving device (D), which can be moved by the user, and comprising a photoelectric sensor (R) generating representative electrical signals (SR) of the light signals (SL) received, said photoelectric sensor (R) being arranged in a predetermined manner and adapted to generate electrical signals representative (SR) of the position in one dimension of the at least one emitting light source (E), this dimension being defined in advance and in relation to the arrangement of the photoelectric sensor (R) inside of the receiving device (D)
  • control signals (25) of the emitting light sources (E) generated by the control means (20) are also simple to generate and particularly advantageous: a) the control signals (25) relating to each light source transmitter (E) may include information coded in digital form, such as codes or values, such that this information can be distinguished from the amplitude modulated component; a such a distinction can be obtained by allocating different time slots:
  • control signals (25) relating to all the light sources emitters (E) are adapted so that the emissions of each emitting light source (E) can be associated with the corresponding emitting source (E); for example, each emitting light source (E) can emit during a different time slot
  • the duration of an emission cycle is 10 milliseconds for each emitting light source (E), or 120 cycles if the emitting light source (E) emits at a frequency of 8 kilohertz.
  • the duration of an emission cycle is 15 milliseconds for each emitting light source (E), i.e. 180 cycles if the emitting light source (E) emits at a frequency of 8 kilohertz.
  • the signals (17) transmitted by the calculation means (11) to the electronic device (2) can be transmitted on different media.
  • the calculation means (11) and the electronic device (2) can communicate by waves (light waves, radio waves or ultrasonic waves for example) or by cable.
  • the signals (17) transmitted by the calculation means (11) to the electronic device (2) can be transmitted according to different protocols. It may be advantageous to use means such as a serial link according to the V24 protocol or an I2C type link between microcontrollers.
  • the signals transmitted (IP) by the transmitting device (EP), itself controlled by the electrical signals (17), are converted by the signal receiving device (RP) into electrical signals (27) representative of the signals (IP) d)
  • These representative electrical signals (27) can be processed by calculation means (21) and supply means (30) for managing a computer cursor (C) displayed on a display screen (EC).
  • computing means (21) can also optionally transmit to the control means (20) information (26) allowing these control means to adapt or modulate the control signals (25), in particular in order to adapt the maximum intensity of the light signals (SL) emitted by the emitting light source (s) (E).
  • the information making it possible to adapt the maximum intensity of the light signals (SL) emitted by the emitting light source (s) (E) may for example come from calculation means (11) which can transmit to the electronic device (2) by means of the information (IP) transmitted instructions for increasing or decreasing the maximum intensity of the light signals (SL) as a function of the characteristics of the electrical signals (SR) received f)
  • the device ( 2) is provided with a display surface or screen (E), as well as means (30) for managing a graphic cursor (C)
  • the calculation logic (11) can transmit to the electronic device (2) the sequence over time of the positions or movements detected.
  • the various mechanisms described above can in particular be implemented under the following conditions which are simple and economical to produce: a)
  • the emitting light sources (E) are light diodes commonly called LEDs, which:
  • the photoelectric sensor (s) (R) can advantageously be produced from a fast photodiode these photodiodes, for example a BPW34 or an SFH203 from Infineon, used according to conventional techniques such as operational amplifiers in trans impedance mounting make it possible to detect signals with a frequency of the order of a few tens of kilohertz
  • the distance between the source (s) light (s) emitting (E) and between (or the) photoelectric sensor (s) (R) is typically for operations of designation of displacements or positions of a few tens of centimeters at least and a few meters typically.
  • the emitting light sources (E) can be considered as punctual or almost punctual and the photoelectric sensors (R) can also be considered as punctual or quasi-punctual
  • operational amplifiers makes it possible to obtain an amplification with very good linearity characteristics.
  • SR representative electrical signal generated by each photo sensor (R).
  • This conversion can conventionally use one or more of the following methods to achieve a linear or logarithmic conversion: i) Use of a conventional analog-to-digital converter, which makes it possible to directly obtain a digital value proportional to the analog signal measured, ii) Measurement of the spontaneous discharge time of a capacitor, charged beforehand by the value of the analog signal to be converted, in an electrical resistance; such a method makes it possible to obtain a duration which is proportional to the logarithm of the voltage across the capacitor before the start of the discharge.
  • this analog-to-digital conversion step may be preceded by a blocking sampling step and / or by a step for detecting the peak value of the analog signal.
  • control means (20) and the calculation logic (11) can be produced in a particularly simple manner from an 8-bit micro controller at a very moderate cost (PIC range of Microchip or ST6 ranges or ST7 from ST Microelectroncis); these microcontrollers are capable of generating control pulses and of measuring the moment of appearance of pulses with an accuracy of the order of
  • microcontrollers are conventionally used to control light sources such as LEDs.
  • Some of these microcontrollers are equipped with analog / digital converters allowing conversions from an analog signal to a digital signal in a few tens of microseconds and with an accuracy of 8 bits h)
  • EEPROM electrically reprogrammable memory
  • correction coefficients are advantageous because the analog means introduce by their nature various sources of error such as tolerances and temperature sensitivities, typically of the order of several percent, unless components precision, inevitably less economical, are used.
  • Tables can also be used to carry out conversions of numbers to their logarithms or conversions. inverses, or to store characteristics related to the sensitivity of photoelectric sensors (R), for example correspondences between positions in one and two dimensions on the one hand, and reports of type (SR2) / (SRI) defined previously in l presentation

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Abstract

La présente invention est relative à l'utilisation de sources lumineuse, telles que par exemple des diodes lumineuses couramment appelées LEDs, en relation avec des capteurs optiques traditionnels tel que des photo diodes pour détecter des positions ou des déplacements définis par l'utilisateur au moyen d'un dispositif d'un maniement analogue à celui d'un pointeur laser ou d'une ''souris" informatique. L'invention s'applique en particulier aux télécommandes pour commander le fonctionnement d'un dispositif électronique comportant ou utilisant un écran d'affichage, tels qu'une télévision ou un magnetoscope.

Description

ENSEMBLE D'INTERFACE ENTRE UN UTILISATEUR ET UN DISPOSITIF
ELECTRONIQUE
La présente invention est relative à l'utilisation de sources lumineuses, telles que par exemple des diodes lumineuses couramment appelées LEDs, en relation avec des capteurs optiques traditionnels tel que des photo diodes ou des photo transistors rapides pour détecter des positions ou des déplacements définis par l'utilisateur au moyen d'un dispositif d'un maniement analogue à celui d'un pointeur laser ou d'une « souris » informatique.
L'invention s'applique en particulier aux télécommandes pour commander le fonctionnement d'un dispositif électronique comportant ou utilisant un écran d'affichage de technologie quelconque (écrans cathodiques écrans dits « LCD », écrans à plasma,...), tels qu'une télévision ou un magnétoscope. La commande du fonctionnement de ces dispositifs au moyen des télécommandes habituellement rencontrées est fastidieuse dans la mesure où les fenêtres d'option de commande doivent être successivement affichées à l'écran pour qu'un utilisateur puisse sélectionner l'un des modes de fonctionnement de la télévision ou du magnétoscope. En effet, les télécommandes habituellement utilisées ne possèdent pas de fonction de « pointage » et d'asservissement direct d'un curseur affiché sur l'écran aux gestes de l'utilisateur d'un curseur, asservissement qui est par exemple réalisé au moyen d'une « souris » informatique sur un ordinateur personnel.
L'invention peut aussi s'appliquer à des dispositifs ne disposant pas d'écrans d'affichage, lorsque la détection de positions ou de mouvements effectués par l'utilisateur suffit pour définir la commande. Par rapport aux solutions précédentes, la présente invention apporte les avantages suivants :
Existence de plusieurs modes de réalisation possibles permettant de réaliser des dispositifs d' interface adaptés à des situations différentes :
. certains modes permettant la détection de déplacements, d'autres modes permettant la détection de positions,
. certains modes permettant de détecter des déplacements ou des positions en une dimension, d'autres modes permettant la détection en deux dimensions, et d' autres modes enfin permettant la détection en deux dimensions ainsi qu'un mouvement de rotation du poignet de 1' utilisateur - Indépendance par rapport à la technologie utilisée pour l'écran d'affichage
- Indépendance par rapport à l'existence même d'un écran ou d'un dispositif d'affichage
L'invention s'applique en particulier aux télécommandes pour commander le fonctionnement d'une télévision ou d'un magnétoscope. La commande du fonctionnement de ces dispositifs au moyen des télécommandes habituellement rencontrées est fastidieuse dans la mesure où les fenêtres d'option de commande doivent être successivement affichées à l'écran pour qu'un utilisateur puisse sélectionner l'un des modes de fonctionnement de la télévision ou du magnétoscope.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en fournissant un ensemble d'interface qui permette une commande aisée d'un dispositif électronique et ce, par des moyens simples, efficaces et peu coûteux. PRESENTATION DES FIGURES
La Figure 1 décrit sous forme d'une vue de dessus les éléments qui composent un premier type de dispositif récepteur (D) , qui est le dispositif de base de l'invention, lorsqu'elle est réalisée avec des motifs optiques : un capteur photo électrique (R) recevant un signal lumineux (SL) au travers d'un motif optique en deux dimensions (M) .
La Figure 19 décrit sous forme d'une vue de dessus les éléments qui composent un premier type de dispositif récepteur (D) , qui est le dispositif de base de l'invention, lorsqu'il est réalisé sans motif optique : un capteur photo électrique (R) disposé selon une position adaptée par rapport à un signal lumineux (SL) incident. La Figure 2 décrit une vue de face motif optique en deux dimensions (M), d'un point (P) de ce motif, et la coordonnée correspondante (X) associée au point (P) .
La Figure 3 décrit un dispositif récepteur (D) comportant un motif (MV) à opacité variable dans une dimension.
La Figure 4 représente un exemple de motif (MV) à opacité variable dans une dimension, qui est un motif optique en deux dimensions présentant une opacité variable dans une dimension et une opacité constante dans l'autre direction.
La Figure 5 décrit un autre type de dispositif récepteur (D) utilisé dans l'invention : un capteur photo électrique (R) recevant un signal lumineux (SL) au travers d'un motif (MU) à opacité uniforme. Dans la Figure 6 : le segment de droite (L) représente la distance entre la source lumineuse émettrice (E) et le capteur photo électrique (R)
- l'axe (XE) représente l'axe géométrique de la source lumineuse émettrice (E)
- l'axe (XR) représente l'axe géométrique du capteur photo électrique (R)
- l'angle (AE) est l'angle entre le segment de droite (L) et l'axe (XE) - l'angle (AR) est l'angle entre le segment de droite
(L) et l'axe (XR)
(M) est un motif optique en deux dimensions intercalé entre la source lumineuse émettrice (E) le capteur photo électrique (R) - le point (P) est l'intersection du segment de droite
(L) et du motif optique en deux dimensions (M)
La Figure 7 reprend les mêmes éléments que la Figure 6, mais avec le capteur photo électrique (R) pointant dans une direction différente. Les Figures 6 et 7 restent valides lorsque les motifs optiques en deux dimensions (M) et les points (P) définis ci-dessus sont supprimés, et s'appliquent donc aux dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motifs optiques en deux dimensions (M) . Les Figures 8 à 11 décrivent différents types de signaux lumineux pouvant être utilisés au cours d'un cycle de mesure.
La Figure 12 décrit une vue d'ensemble d'une source lumineuse émettrice (E) , de deux motifs à opacité variable (MV1) et (MV2), ainsi que les points (PI) et (P2) , images de la source lumineuse émettrice (E) au travers des motifs à opacité variable (MVl) et (MV2) , ainsi que les coordonnées (XI) et (X2) correspondant aux points (PI) et (P2) .
La Figure 13 décrit une vue d'ensemble de deux sources lumineuses émettrices (El) et (E2) , de deux motifs à opacité variable (MVl) et (MV2) , les images (Pli) et (P21) de la source lumineuse émettrice (El) au travers des motifs à opacité variable (MVl) et (MV2), les images (P12) et (P22) de la source lumineuse émettrice (E2) au travers des motifs à opacité variable (MVl) et (MV2) , ainsi que les coordonnées (Xll), (X12), (X21) et (X22) correspondant aux points (Pli), P(12) , P(21) et (P22) .
La Figure 14 et la Figure 20 décrivent des vues d'ensemble des éléments de l'invention, qui seront décrits ultérieurement . La Figure 15 et la Figure 16 décrivent la modélisation d'un capteur photo électrique (R) composé d'une photodiode, qui sera détaillée ultérieurement.
La Figure 17 décrit la sensibilité relative d'une photodiode de type BPW34 de chez Infineon en fonction de l'angle d'incidence d'un rayon lumineux.
La Figure 18 décrit la même information pour une photodiode de type SFH203 de chez Infineon.
La Figure 21 et la Figure 22 décrivent des méthodes de mesures de position en une dimension spécifiques aux dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motif optique en deux dimensions (M) .
La Figure 23 et la Figure 24 décrivent des méthodes de mesures de position en deux dimensions spécifiques aux dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motif optique en deux dimensions (M) . EXPOSE DE L'INVENTION
Les deux éléments de base de l'invention sont :
- le dispositif récepteur (D) générant un signal électrique (SR) représentatif de la position en une dimension (DI) d'une source lumineuse émettrice (E)
- la notion de cycle de mesure.
Un dispositif récepteur (D) générant un signal électrique (SR) représentatif de la position en une dimension (DI) d'une source lumineuse émettrice (E) , qui est supposée fixe dans la suite de l'exposé peut être réalisé selon deux méthodes différentes :
- première méthode : au moyen de motifs optiques en deux dimensions (M) - deuxième méthode : sans utiliser de motif optique en deux dimensions (M) , mais en utilisant un capteur photo électrique (R) adapté et disposé selon une position adaptée par rapport aux signaux lumineux (SL) incidents
Un dispositif récepteur (D) réalisé avec des motifs optiques en deux dimensions (M) (voir Figure 1) :
- est éclairé par une source lumineuse émettrice (E) ponctuelle ou quasi-ponctuelle qui émet un signal lumineux
(SL) - se compose des éléments suivants : un capteur photo électrique (R) ponctuel ou quasi ponctuel générant des signaux électriques représentatifs (SR) des signaux lumineux (SL) captés
. un motif optique en deux dimensions (M) , qui est composé d'une ou plusieurs surface (s) aux propriétés optiques bien définies Dans un dispositif récepteur (D) réalisé avec des motifs optiques en deux dimensions (M) :
- le signal lumineux (SL) traverse le motif optique en deux dimensions (M) avant d' être capté par le capteur photo électrique (R) le capteur photo électrique (R) et le motif optique en deux dimensions (M) sont montés de manière rigide l'un par rapport à l'autre le motif optique en deux dimensions (M) est caractérisé par son opacité en chaque point ; les rayons lumineux provenant de la source lumineuse émettrice (E) traverseront donc au moins un motif optique en deux dimensions (M) dont l'opacité est variable en chaque point avant d' atteindre le capteur photo électrique (R) . On remarquera que, puisque à la fois la source lumineuse émettrice (E) et le capteur photo électrique (R) sont ponctuels ou quasi-ponctuels, l'intersection des rayons lumineux (SL) allant de la source lumineuse émettrice (E) au capteur photo électrique (R) avec une surface en deux dimensions, est elle aussi une surface ponctuelle ou quasi- ponctuelle. Dans la suite de l'exposé, ces intersections seront traitées comme des points géométriques (P) .
L' opacité est le pourcentage de lumière retenu en chaque position de la surface par les rayons lumineux qui la traversent. Une opacité de 90 % signifie que l'intensité lumineuse des rayons après avoir traversé la surface à cette position est inférieure de 90 % à l'intensité des rayons lumineux à cette position avant d'avoir traversé la surface. Selon cette définition, une opacité de 90 % a la même signification qu'une transparence de 10 % . A titre d'exemple, une opacité de 99,9 % (une transparence de 0,1 %) correspond à une surface « noire » et une opacité de 10 % (une transparence de 90 %) à une surface « transparente ». On notera qu'avec les définitions précédentes, la transparence en chaque point d'un motif optique en deux dimensions (M) qui est la superposition de deux motifs optiques en deux dimensions (M) de mêmes dimensions est le produit des transparences en ce même point de chacun des deux motifs superposés.
Un dispositif récepteur (D) réalisé sans motifs optiques en deux dimensions (M) (voir Figure 19) :
- est éclairé par une source lumineuse émettrice (E) ponctuelle ou quasi-ponctuelle qui émet un signal lumineux (SL) se compose d'un capteur photo électrique (R) , ponctuel ou quasi ponctuel, générant des signaux électriques représentatifs (SR) des signaux lumineux (SL) captés, et : > doté d'un axe de symétrie (XS) pour ce qui concerne sa sensibilité par rapport à l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL)
> placé dans une position adaptée par rapport aux signaux lumineux (SL) incidents pour générer des signaux électriques représentatifs (SR) de la position en une dimension (DI) de la au moins une source lumineuse émettrice (E) , cette dimension (DI) étant définie à l'avance et en relation avec la disposition du capteur photo électrique (R)
Dans un dispositif récepteur (D) réalisé sans motifs optiques en deux dimensions (M) : - le capteur photo électrique (R) est disposé de manière définie à l'avance par rapport au reste du dispositif récepteur (D) , ce qui a pour conséquence que les signaux lumineux (SL) arrivent sur le capteur photo électrique (R) avec une incidence qui varie lorsque l'orientation ou la position du dispositif récepteur (D) par rapport à la source lumineuse émettrice (E) varie, par exemple si l'utilisateur déplace le dispositif récepteur (D)
Dans ces conditions (voir Figures 6 et 7), et en l'absence d'autres sources lumineuses, l'intensité du signal lumineux (SL) arrivant sur le capteur photo électrique (R) dépend des éléments suivants : a) l'intensité lumineuse émise par la source lumineuse émettrice (E) émise en direction du capteur photo électrique (R) (c'est à dire selon le rayon lumineux (L) ) b) (lorsqu'il existe des motifs optiques en deux dimensions (M)) l'opacité du motif optique en deux dimensions (M) au point (P) , intersection de l'axe (L) et du motif optique en deux dimensions (M)
Les motifs optiques en deux dimensions (M) de type statique sont les suivants :
- le motif à opacité constante (MU) , qui est un motif dont l'opacité est constante sur toute sa surface
- le motif à opacité variable (MV) , qui est, dans le cadre du présent exposé, un motif en deux dimensions présentant une opacité variable dans une dimension et une opacité constante dans la dimension perpendiculaire (voir Figure 4 pour une représentation schématique d'un tel motif (MV) ) . On supposera de plus que l'opacité est strictement croissante ou décroissante le long de la dimension dans laquelle elle varie ; cette condition permet en effet de connaître la position (X) dans la dimension de variation de l'opacité d'un point (P) à partir de la seule connaissance de la transparence ou de l'opacité en ce point (voir Figure 2) , puisque à deux valeurs (X) différentes correspondent nécessairement deux transparences ou opacités différentes. le motif correcteur (MC) dont l'opacité est variable sur toute la surface dans le but de corriger une caractéristique indésirable du capteur photo électrique (R) ; par exemple, un motif correcteur (MC) qui précède un capteur photo électrique (R) permet de corriger les variations de sensibilité de ce capteur en fonction de la position d'arrivée des rayons lumineux : le motif sera plus opaque pour les rayons lumineux (L) dont les angles d' incidence sont tels que le capteur photo électrique (R) est le plus sensible et sera moins opaque pour les rayons lumineux pour lesquels les angles d' incidence sont tels que le capteur photo électrique (R) est le moins sensible Ces motifs optiques en deux dimensions (M) peuvent par exemple être réalisés par l'impression sur une surface transparente, en haute définition, par exemple au moyen d'une imprimante laser, d'une image en noir et blanc qui correspond au motif optique en deux dimensions (M) souhaité. A titre d'exemple d'opacité strictement croissante ou décroissante, on peut citer le cas d'une opacité variant de manière linéaire en fonction de la position dans la dimension de variation, ou une opacité variant de manière en fonction du carré ou d'une fonction exponentielle de cette même position. On s' intéressera aussi à un motif optique en deux dimensions dynamique (MD) , qui est un motif optique en deux dimensions dans lequel l'opacité en chaque point peut être émettrice dans le temps au moyen d'un signal électrique adapté. Un exemple de motif optique dynamique (MD) est le motif optique réalisé par un écran à cristaux liquides adressable point à point ; il est alors possible de commander au moyen de signaux électriques adaptés l'opacité de chaque point adressable de l'écran et de faire varier cette opacité au cours du temps. Il est possible de réaliser un tel motif optique dynamique (MD) par exemple au moyen d'un écran à cristaux liquides dont la transparence peut être émettrices électriquement point par point.
On remarquera qu'un motif optique dynamique (MD) tel qu'il est défini ci-dessus peut, s'il a des dimensions adaptées, se substituer, de manière figée ou au contraire de manière variable au cours du temps : à chacun des trois types de motifs optiques statiques en deux dimensions définis ci-dessus (MU, MV, MC) - à des superpositions de plusieurs de ces motifs
Pour ce qui concerne les dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motif optique en deux dimension (M) , la génération d'un signal électrique (SR) représentatif de la position en une dimension (DI) d'une source lumineuse émettrice (E) est réalisée en utilisant de manière adéquate la variation de la sensibilité de capteur photo électrique (R) typiques en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux incidents : - les Figures 17 et 18 indiquent les sensibilités relatives des photodiodes BPW34 et SFH203 de chez Infineon en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux - ces deux photodiodes sont des modèles largement disponibles dans le commerce et d'un coût unitaire modique (moins de £) ; des modèles identiques ou équivalents existent chez d'autres fabricants - dans ces deux courbes, on remarquera que :
- la sensibilité maximale est obtenue pour un angle d'incidence égal à zéro (les rayons lumineux arrivent perpendiculairement à la photo diode)
- un seul paramètre définit cette sensibilité par rapport à l'angle d'incidence : l'angle par rapport à l'axe de sensibilité maximale les sensibilités en fonction de l'angle d'incidence de ces deux photodiodes sont différentes : la photodiode BPW34 a une sensibilité relative de 50 % pour un angle d' incidence de 60 degrés la photodiode SFH203 a une sensibilité relative de 50 % à un angle d'incidence de 20 degrés en ce qui concerne leur sensibilité par rapport à l'incidence des rayons lumineux, ces deux photodiodes, qui sont représentatives de la très grande majorité des photodiodes, peuvent être modélisées ainsi que le décrit la
Figure 15 :
- elles présentent un axe de symétrie (XS) perpendiculaire au plan de la surface active de la photodiode (PR) la sensibilité relative par rapport à l'angle d'incidence d'un rayon lumineux (SL) est une fonction décroissante (ou constante) en fonction de l'angle existant entre l'axe de symétrie (XS) d'une part et le rayon lumineux incident (SL) d'autre part (plus le rayon lumineux (SL) est proche de l'axe de symétrie (XS) , plus cette sensibilité est grande ; cette sensibilité est maximale lorsque les rayons incidents sont parallèles à l'axe de symétrie (XS)
- dans ces conditions, si l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) par rapport à l'axe de symétrie (XS) est compris entre l'angle entre l'axe de symétrie (XS) et l'axe (XI) d'une part et l'angle entre l'axe de symétrie
(XS) et l'axe (X2) d'autre part (on suppose les axes (XS) ,
(XI) et (X2) dans le même plan), la sensibilité du capteur photo électrique (R) par rapport à l'angle d'incidence du rayon lumineux incident (SL) :
- ne varie pas lorsque le rayon lumineux (SL) décrit une rotation dont l'axe est l'axe de symétrie (XS)
- (en supposant le rayon lumineux (SL) ramené dans le plan contenant (XS) , (XI) et (X2) par rotation d'axe (XS) ) varie uniquement en fonction de l'angle du rayon lumineux (SL) par rapport à l'axe de symétrie (XS) ; la dimension (DI) de variation de la sensibilité en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) peut donc être confondue avec l'axe de symétrie (XS) du capteur photo électrique (R)
- La Figure 16, qui est obtenue en regardant la Figure 15 à partir de l' intersection du plan de la surface active de la photodiode (PR) et du plan défini par (XS) ,
(XI) et (X2) montre que la sensibilité du capteur photo électrique (R) par rapport à l'angle d'incidence d'un rayon lumineux (SL) est équivalente à celle fournie par un motif à opacité variable (MV) :
- la sensibilité varie en fonction de l'incidence à l'intérieur du segment (XI, X2) de la droite (XI, X2, XS) - la sensibilité ne varie pas si l'angle d'incidence du rayon lumineux (SL) varie perpendiculairement à la droite (XI, X2, XS) , car une telle variation correspond à une rotation d'axe (XS)
On remarque donc que, pour ce qui concerne la capacité des dispositifs récepteurs (D) à générer un signal électrique (SR) représentatif de la position en une dimension d'une source lumineuse émettrice (E) il y a donc une complète équivalence entre :
- les dispositifs récepteurs (D) réalisés avec des motifs optique en deux dimensions (M) les dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motifs optique en deux dimensions (M)
On remarque aussi que, de la même manière qu' il est possible de définir des motifs optiques dynamiques (MD) , il est possible de définir des capteurs photo électrique dynamiques (RD) , pour lesquels : le capteur photo électrique dynamique (RD) est disposé de manière définie à l'avance par rapport au reste du dispositif récepteur (D) au cours d'une mesure donnée de l'intensité des rayons lumineux (SL) incidents
- la position du capteur photo électrique dynamique (RD) par rapport au reste du dispositif récepteur (D) varie entre deux mesures de l' intensité des rayons lumineux (SL) incidents
Par exemple, en se référant à la Figure 16, un même capteur photo électrique (R) pourra être utilisé successivement ou alternativement avec un plan (XI, X2, XS) vertical et avec un plan (XI, X2, XS) vertical, afin de remplir le rôle de deux capteurs photo électriques (R) distincts et perpendiculaires. Un tel résultat pourra par exemple être obtenu en faisant tourner au moyen d'un moteur électrique le capteur photo électrique (R) ou le dispositif récepteur (D) auquel il appartient.
Dans la suite de l'exposé, on supposera, sauf mention contraire, que :
- les seules sources lumineuses qui interviennent sont la ou les sources lumineuses émettrices (E) la ou les source (s) émettrice (s) (E) sont supposées fixes - les seuls obstacles éventuels présents sur le rayon lumineux allant d'une source lumineuse émettrice (E) à un capteur photo électrique (R) sont les motifs optiques en deux dimensions (M) définis ci-dessus
On remarquera aussi que les sources lumineuses habituelles (lumière du jour et éclairage artificiel) constituent des signaux lumineux dont la fréquence est égale ou inférieure à 100 ou 120 hertz (la lumière du jour est constante ou lentement variable, l'éclairage artificiel est modulé à une fréquence double de celle du secteur, soit 100 ou 120 hertz selon les pays) .
Il sera donc possible d'éliminer les signaux électriques correspondant aux éclairages naturels et artificiels, par exemple en utilisant le principe suivant : - Chaque capteur photo électrique (R) fonctionne en mode linéaire ou quasi linéaire (le signal électrique représentatif (SR) varie linéairement ou quasi linéairement en fonction de l'intensité lumineuse reçue par le capteur photo électrique (R) ) - Un filtrage passe bande adéquat du signal électrique représentatif (SR) permet d'éliminer toute influence des signaux correspondant aux éclairages naturels ou artificiels, si les signaux électriques représentatifs (SR) ont des composantes utiles de fréquence suffisamment hautes
Dans la suite de l'exposé et sauf mention contraire, chaque capteur photo électrique (R) est supposé fonctionner en mode linéaire ou quasi-linéaire par rapport à l'intensité lumineuse reçue.
Pour permettre un filtrage passe bande tel que décrit ci-dessus, les signaux lumineux émis par chaque source lumineuse émettrice (E) doivent donc être dans une bande de fréquence distincte des fréquences des signaux correspondant aux éclairages naturels ou artificiels. Il sera par exemple suffisant que ces signaux aient des fréquences supérieures à quelques kilohertz.
Dans la suite de l'exposé on s'intéressera aux propriétés temporelles de l'amplitude des signaux électriques représentatifs (SR) générés par un ou des capteur (s) photo électrique (s) (R) . Dans la suite de l'exposé, on supposera sans perte de généralité que les signaux électriques représentatifs (SR) peuvent être des tensions ou des courants, positifs ou nuls.
Un cycle de mesure :
- est associé à un dispositif récepteur (D)
- a pour objectif la mesure, selon des modalités définies à l'avance, des propriétés du signal lumineux (SL) émis par la source lumineuse émettrice (E) à des instants précis ou au cours d'intervalles de temps définis à l'avance Les propriétés du signal lumineux (SL) qui peuvent varier au cours du temps sont notamment les suivantes :
- intensité lumineuse
- fréquence lumineuse émise On remarquera que :
- l'amplitude des signaux électriques représentatifs (SR) générés par un capteur photo électrique (R) est directement liée à l'amplitude des signaux lumineux (SL) reçus par le capteur photo électrique (R) - l'amplitude des signaux électriques représentatifs
(SR) générés par un capteur photo électrique (R) peut être liée à la fréquence du signal lumineux (SL) par l'intermédiaire du motif optique en deux dimensions (M)
En effet, par exemple, si la source lumineuse émettrice (E) émet un signal lumineux en lumière visible dont la couleur peut varier au cours du temps, et que le motif optique en deux dimensions est de couleur variable dans la dimension de variation de l'opacité, l'amplitude du signal lumineux (SL) reçu par le capteur photo électrique (R) dépendra, toutes choses étant égales par ailleurs, des couleurs respectives de la lumière émise par la source lumineuse émettrice (E) et de la couleur du motif optique en deux dimensions (M) au point (P) intersection du motif (M) et du rayon lumineux (L) émis depuis la source lumineuse émettrice (E) vers le capteur photo électrique (R) .
Par ailleurs, le capteur photo électrique (R) a généralement une sensibilité (définie comme le rapport entre l'énergie du signal électrique émis d'une part et l'énergie lumineuse incidente d'autre part) qui dépend de la longueur d'onde du signal lumineux reçu. Dans la suite de l'exposé, on supposera, sauf mention contraire, que la longueur d'onde des signaux lumineux (SL) émis par la ou les source (s) lumineuse (s) émettrice (s) (E) n'interviennent pas. Cette situation se produit notamment dans les cas suivants :
- les signaux lumineux (SL) émis par une source lumineuse émettrice (E) ont une longueur d'onde bien définie ; c'est en particulier le cas pour des sources lumineuses telles que des diodes émettrices de lumière, généralement appelées « LED », ou des sources laser. l'opacité en chaque point du ou des motif (s) optique (s) en deux dimensions (M) ainsi que la sensibilité du ou des capteur (s) photo électrique (s) (R) ne dépendent pas de la fréquence des signaux lumineux (SL) émis par la ou les source (s) lumineuse (s) émettrice (s) (E) .
Dans la suite de l'exposé, on s'intéressera à des cycles de mesure qui possèdent les propriétés suivantes :
- les fréquences des signaux lumineux (SL) émis par les sources lumineuses émettrices (E) ont des fréquences qui sont au minimum de l'ordre de quelques kilohertz
- les propriétés temporelles des signaux lumineux (SL) sont telles qu'il est possible d'extraire des signaux électriques représentatifs (SR) (qui sont générés par des capteurs photo électriques (R) fonctionnant en mode linéaire ou quasi linéaire) des valeurs remarquables qui permettent de raisonner comme si les sources d'éclairage naturelles ou artificielles étaient absentes
Les Figures 8 à 11 représentent des exemples de variations au cours du temps (T) de l'intensité (I) des signaux lumineux (SL) émis par une source lumineuse émettrice (E) . Ces exemples correspondent à des exemples différents de cycles de mesure.
La Figure 8 représente un signal lumineux (SL) d'intensité nulle en dehors d'un intervalle de temps durant lequel l'intensité a une valeur constante. L'observation des signaux électriques représentatifs (SR) durant le cycle de mesure pourrait notamment porter sur un ou plusieurs des éléments suivants :
- valeur maximale - valeur minimale
- valeur moyenne
- durée de l' éclairement
La Figure 9 représente un signal lumineux (SL) d' intensité variable au cours du temps et présentant un plusieurs maxima locaux (les « bosses » du signal) . L'observation des signaux électriques représentatifs (SR) durant le cycle de mesure pourrait notamment porter sur un ou plusieurs des éléments suivants :
- valeur maximale sur la totalité du cycle de mesure - valeur de chaque maximum local
La Figure 10 représente un signal lumineux (SL) d'intensité nulle en dehors d'un intervalle de temps durant lequel l'intensité a une valeur constante. L'observation des signaux électriques représentatifs (SR) durant le cycle de mesure pourrait notamment porter sur un ou plusieurs des éléments suivants :
- valeur maximale
- valeur moyenne
- vitesse d' augmentation La Figure 11 représente un signal lumineux (SL) d'intensité nulle en dehors d'un intervalle de temps durant lequel l'intensité a une valeur constante, la durée de l'intervalle pouvant varier. L'observation des signaux électriques représentatifs (SR) durant le cycle de mesure pourrait notamment porter sur un ou plusieurs des éléments suivants : - valeur maximale
- valeur minimale
- valeur moyenne
Les éléments tels que une valeur minimale, une valeur maximale ou une valeur moyenne seront appelées valeurs remarquables du signal (SL) ou (SR) auquel elles s' appliquent.
Dans la suite de l'exposé, sauf mention contraire, on s' intéressera aux valeurs remarquables qui varient de manière linéaire avec le signal auquel elles s'appliquent
(ce qui signifie en particulier que si le signal double ou est réduit de moitié, la valeur remarquable est aussi doublée ou diminuée de moitié) . Il est un fait connu en mathématique que les valeurs remarquables suivantes d'un signal varient de manière linéaire avec le signal : a) valeur du signal à un instant donné b) valeur maximale du signal au cours d'un intervalle de temps c) valeur moyenne du signal au cours d'un intervalle de temps
En particulier, on mentionnera l' »amplitude » d'un signal, même si ce signal n'est pas d'amplitude constante, en faisant référence à l'une quelconque des trois valeurs remarquables mentionnées ci-dessus.
Les Figures 8 à 11 fournissent donc des exemples de propriétés temporelles répondant aux contraintes définies précédemment. Si la durée utile du signal lumineux (SL) est suffisamment brève (inférieure à ^ ou ^ de milliseconde par exemple) , les fréquences des signaux électriques représentatifs (SR) correspondants seront suffisamment élevées pour permettre la séparation de ces signaux des signaux correspondant aux sources d'éclairage naturels ou artificiels .
Dans la suite de l'exposé, on pourra donc raisonner sur les propriétés des dispositifs récepteurs (D) comme si les sources d'éclairage naturel ou artificiel étaient absentes .
On remarquera, concernant la notion de cycle de mesure, que la durée ou la nature des propriétés temporelles des signaux lumineux (SL) émis par une source lumineuse émettrice (E) peuvent être définis à des instants variables, et notamment peu avant de commencer un cycle de mesure.
En effet, la source lumineuse émettrice (E) et le capteur photo électrique (R) constituent un support pour transmettre par voie lumineuse des informations logiques, par exemple en utilisant les méthodes de codage utilisées pour les télécommandes d'appareils grand public. Avec un environnement de traitement adéquat, la source lumineuse émettrice (E) peut donc envoyer au capteur photo électrique (R) et à une chaîne de traitement des signaux électriques représentatifs (SR) des informations de nature logique permettant de définir les caractéristiques précises d'un cycle de mesure.
Pour un capteur photo électrique (R) fonctionnant en mode linéaire ou quasi-linéaire, par exemple une photodiode de type BPW34 ou SFH203, dans un milieu tel que l'air ambiant et en l'absence d'autres sources lumineuses telles que la lumière du jour ou l'éclairage artificiel, la relation existant entre :
- d'une part le signal électrique (SR) émis par un capteur photo électrique (R) , ponctuel ou quasi-ponctuel, d'autre part un signal lumineux émis par une source lumineuse émettrice (E) , elle aussi ponctuelle ou quasi-ponctuelle est la suivante (cette relation est appelée Formule 1 dans la suite de l'exposé) :
SR = ( Kl X Sen(R,θ) X ILReçu(E,R) ) / D (E,R)
Dans la formule précédente : a) Kl est une constante dépendante des moyens de mise en œuvre, mais pas des positions respectives de la source lumineuse émettrice (E) et du capteur photo électrique (R) b) Sen(R, θ) est la sensibilité du capteur photo électrique (R) par rapport à l'orientation du rayon lumineux (SL) reçu c) l'influence sur la sensibilité du capteur photo électrique (R) de la longueur d'onde de la lumière émise ainsi que de la température ont été négligées d) ILReçu(E,R) est l'intensité lumineuse émise par la source lumineuse émettrice (E) arrivant sur le capteur photo électrique (R) e) D2(E,R) est le carré de la distance entre la source lumineuse émettrice (E) et le capteur photo électrique (R)
Pour les dispositifs récepteurs (D) réalisés avec des motifs optiques en deux dimensions (M) , la formule suivante (appelée Formule 2 dans la suite de l'exposé) décrit la relation entre :
- d'une part, l'intensité lumineuse émise par la source lumineuse (E) en direction du capteur photo électrique (R)
- d'autre part, l'intensité lumineuse émise par la source lumineuse (E) et reçue par le capteur photo électrique (R)
ILReçu(E,R) = ILEmis(E,R) X %Obstacles (E, R)
Dans cette formule : a) ILEmis(E,R) est l'intensité lumineuse émise par la source lumineuse (E) en direction du capteur photo électrique (R) b) ILReçu(E,R) est l'intensité lumineuse émise par la source lumineuse (E) reçue par le capteur photo électrique (R) c) %Obst(E,R) est le pourcentage de la lumière qui traverse les divers obstacles présents sur le trajet optique entre la source lumineuse émettrice (E) et le capteur photo électrique (R)
Pour les dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motifs optiques en deux dimensions (M) , il a été supposé précédemment qu'il n'y avait pas de tel obstacle.
La Formule 1 et la Formule 2 combinées donnent la formule suivante (appelée Formule 3 dans la suite de l'exposé) :
SR = ( Kl X S(R,Θ) X ILEmis(E,R) X %Obst(E,R) ) / D2(E,R)
On constatera que la Formule 3 est composée uniquement de produits et de quotients et que le signal électrique SR généré par un capteur photo électrique (R) fonctionnant en mode linéaire ou quasi-linéaire :
- est directement proportionnel à la sensibilité du capteur photo électrique (R) - est directement proportionnel à l'intensité lumineuse émise par la source lumineuse émettrice (E) dans la direction du capteur photo électrique (R)
- est directement proportionnel au pourcentage de la lumière qui traverse les obstacles présents sur le trajet optique entre la source lumineuse émettrice (E) et le capteur photo électrique (R)
- est inversement proportionnelle au carré de la distance entre la source lumineuse émettrice (E) et le capteur photo électrique (R)
On supposera dans la suite de l'exposé que un capteur photo électrique (R) est précédé, en cas d'utilisation de motifs optiques en deux dimensions (M), par un motif correcteur (MC) dont l'objectif est d'annuler la variation de sensibilité du capteur photo électrique (R) par rapport aux angles d' incidence des rayons lumineux incidents ; on supposera donc, par exemple, qu'un capteur photo électrique (R) précédé d'un motif à opacité variable
(MV) ou d'un motif à opacité constante (MU) est aussi, lorsque nécessaire, précédé par un motif correcteur (MC) .
On considérera donc, dans la suite de l'exposé, que, pour les dispositifs récepteurs (D) réalisés avec des motifs optiques en deux dimensions (M), la sensibilité d'un capteur photo électrique (R) est indépendante des angles d' incidence des rayons lumineux arrivant sur le capteur photo électrique
(R) • Pour les dispositifs récepteurs (D) réalisés avec des motifs optiques en deux dimensions (M) , la Formule 3 peut être remplacée par la Formule 4 :
SR = ( Kl X S(R) X ILEmis(E,R) X %Obst(E,R) ) / D2(E,R)
Pour les dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motifs optiques en deux dimensions (M) , la Formule 3 peut être remplacée par la Formule 5 :
SR = ( Kl X S(R) X ILEmis(E,R) X % Θ(E,R) ) / D (E,R)
Dans la Formule 5, % Θ(E,R) est un pourcentage qui indique la sensibilité relative du capteur photo électrique
(R) en fonction de l' incidence du rayon lumineux (SL) émis par la source lumineuse émettrice (E) , telle que décrite dans les Figures 15 et 16.
D'une manière générale, l'invention se fonde sur les possibilités d'utilisation de la Formule 4 ou de la Formule
5 ci-dessus pour comparer les valeurs remarquables de deux signaux électriques représentatifs (SRI) et (SR2) dans les deux situations suivantes :
Situation A :
Al) Le signal électrique représentatif (SRI) est généré par le capteur photo électrique (R) d'un dispositif récepteur (D) au cours d'un cycle de mesure (Cl)
A2) Le signal électrique représentatif (SR2) est généré par le même capteur photo électrique (R) du même dispositif récepteur (D) au cours d'un cycle de mesure (C2) différent du cycle (Cl) A3) Les conditions de mesure sont restées substantiellement identiques entre le cycle de mesure (Cl) et le cycle de mesure (C2)
Situation B :
Bl) Le signal électrique représentatif (SRI) est généré par un capteur photo électrique (RI) d'un dispositif récepteur (DI) au cours d'un cycle de mesure (Cl)
B2) Le signal électrique représentatif (SR2) est généré par le capteur photo électrique (R2) d'un autre dispositif récepteur (D2) au cours du même cycle de mesure (Cl), ou au cours d'un cycle de mesure (C2)
B3) Les conditions de mesure sont restées substantiellement identiques entre le cycle de mesure (Cl) et le cycle de mesure (C2)
B4) Le signal électrique représentatif (SRI), généré par un capteur photo électrique (RI) d'un dispositif récepteur (DI) , est substantiellement indépendant de l'incidence des rayons lumineux (SL)
En particulier, lorsque la distance entre les deux capteurs photo électriques (RI) et (R2) est très inférieure à la distance entre la source lumineuse émettrice (E) et chacun des capteurs photo électriques (RI) et (R2) , les dispositifs récepteurs (DI) et (D2) reçoivent des signaux lumineux substantiellement identiques.
On considérera, à la fois pour la Situation A que pour la Situation B, que les conditions de mesure sont restées substantiellement identiques si les deux conditions suivantes sont satisfaites : a) l'amplitude du signal lumineux émis en direction du capteur photo électrique (R) par la source lumineuse émettrice (E) est restée substantiellement constante b) la distance entre la source lumineuse émettrice (E) et le capteur photo électrique (R) est restée substantiellement constante
La Formule 4 et la Formule 5 permettent de calculer le rapport arithmétique des deux signaux électriques (SRI) et (SR2) dans les situations A et B définies ci-dessus :
Pour la Situation A et la Formule 4 : (SR2) /(SRI) = (ILEmis2 (E,R) / ILE isl (E, R) ) X (%Obst2 (E,R)/%Obstl (E,R) ) X ( DI2 (E, R) /D22 (E, R) )
Pour la Situation A et la Formule 5, le rapport (%Obst2 (E,R) /%Obstl (E,R) ) est remplacé par le rapport (%Θ2(E,R)/%Θ1(E,R) )
Dans ces formules, les valeurs dont le nom est suivi du chiffre 2 sont relatives à (SR2) et celles dont le nom est suivi par le chiffre 1 sont relatives à (SRI) .
On remarquera toutefois que, compte tenu de la définition de la Situation A :
(ILEmis (E,R2) /ILEmis (E,R1) ) ainsi que (D2 (E,R1) /D22 (E,R2) ) sont deux rapports dont la valeur est très proche de 1 λunité
En conséquence, dans la Situation A, le résultat suivant est obtenu : le rapport (SR2) / (SRI) dépend essentiellement : - Pour les dispositifs récepteurs (D) réalisés avec des motifs optiques en deux dimensions (M) : du rapport des transparences des obstacles placés sur le rayon lumineux allant de la source lumineuse émettrice (E) au capteur photo électrique (R) lors des deux mesures successives.
- Pour les dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motifs optiques en deux dimensions (M) : du rapport des sensibilités relatives du capteur photo électrique (R) par rapport à l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) lors des deux mesures successives
Les Figures 6 et 7 illustrent une telle situation : - Dans la Figure 6, supposée correspondre à (SRI), le capteur photo électrique (R) est orienté selon l'axe (XR)
- Dans la Figure 7, supposée correspondre à (SR2), la seule caractéristique du capteur photo électrique (R) qui ait changé par rapport à la Figure 6 est l'orientation de l'axe (XR) ; en particulier, la distance entre (E) et (R) est restée substantiellement constante, ainsi que l'orientation du rayon lumineux (L) par rapport à l'axe (XE) de la source lumineuse émettrice (E)
- Si le dispositif récepteur (D) est réalisé avec des motifs optiques en deux dimensions (M) , et si le motif optique en deux dimensions (M) des Figures 6 et 7 est un motif à opacité variable (MV) , alors le rapport (SR2) / (SRI) calculé précédemment est donc égal au rapport suivant : (Transparence du motif à opacité variable (MV) au point (P) de la Figure 7 ) / (Transparence du motif à opacité variable (MV) au point (P) de la Figure 6 )
- Si le dispositif récepteur (D) est réalisés sans motifs optiques en deux dimensions (M) , alors le rapport (SR2) / (SRI) calculé précédemment est donc égal au rapport suivant : (Sensibilité du capteur photo électrique (R) par rapport à l'angle d'incidence du rayon lumineux (L) de la
Figure 7 ) / (Sensibilité du capteur photo électrique (R) par rapport à l'angle d'incidence du rayon lumineux (L) de la Figure 6 )
Une telle situation se produit si le dispositif récepteur (D) est manipulé par un utilisateur qui produit un mouvement de rotation, similaire par exemple au mouvement habituellement réalisé pour manipuler un pointeur laser afin de désigner un point distant. Dans ce cas, le rapport (SR2) / (SRI) pourra être très fortement dépendant de l'angle de la rotation effectuée par l'utilisateur entre le cycle de mesure (Cl) et le cycle de mesure (C2) .
Pour la Situation B, l'application mécanique de la
Formule 4 aboutit au quotient suivant : (SR2) /(SRI) = ( S2(E,R2) / S1(E,R1) ) X ( ILEmis (E,R2) / ILEmis (E, RI) ) X
( %Obst2(E,R2) / %Obstl(E,Rl) ) X ( D2 (E, RI) /D22 (E, R2) ) Pour la Situation B et la Formule 5, le rapport
(%Obst2 (E,R) /%Obstl (E,R) ) est remplacé par le rapport (%Θ2(E,R)/%Θ1(E,R) )
On remarquera toutefois que : a) S(E,R2) / S1(E,R1) est indépendant des positions des capteurs photo électriques (RI) et (R2) car ce rapport dépend des caractéristiques photo électriques des capteurs photo électriques (RI) et (R2) , mais pas de leurs positions respectives (entre eux ou par rapport à la source lumineuse émettrice (E) ) b) %Obstl(E,Rl) et %Θ1(E,R) sont inépendants de la position du capteur photo électrique (RI) en raison de l'hypothèse B4) c) (ILEmis (E,R2) / ILEmis (E, RI ) ) ainsi que (D2(E,R1) /D22 (E,R2) ) sont deux rapports dont la valeur est très proche de 1 λunité ou d'une constante, compte tenu de la définition de la Situation B
Le rapport (SR2) / (SRI) précédent se simplifie donc et devient donc :
- pour des dispositifs récepteurs (D) réalisés avec des motifs optiques en deux dimensions (M) :
(SR2) /(SRI) = K3 X %Obst2(E,R2)
- pour des dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motifs optiques en deux dimensions (M) :
(SR2) /(SRI) = K3 X % Θ2(E,R2)
En conséquence, le résultat suivant est obtenu : le rapport (SR2) / (SRI) dépend essentiellement : - pour des dispositifs récepteurs (D) réalisés avec des motifs optiques en deux dimensions (M) : de la transparence des obstacles placés sur le rayon lumineux allant de la source lumineuse émettrice (E) au capteur photo électrique (R2) - pour des dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motifs optiques en deux dimensions (M) : de la sensibilité du capteur photo électrique (R2) en fonction de l'angle d'incidence du rayon lumineux (SL)
En se plaçant à nouveau dans la Situation A, la
Formule 4 permet aussi de calculer la différence arithmétique des signaux (SR2) et (SRI) ; en effet, la Formule 4 :
SR = ( Kl X S(R) X ILEmis (E,R) X %Obst(E,R) ) / D2(E,R) peut être réécrite sous la forme : SR = ( Kl X S(R) X ILEmis (E,R) / D2(E,R)) X %Obst(E,R) Puis sous la forme :
SR = KER X %Obst(E,R) Dans laquelle KER = ( Kl X S (R) X ILEmis (E,R) / D2(E,R)) a les propriétés suivantes (voir Figure 6 ou Figure 7) : a) KER dépend de la distance entre la source lumineuse émettrice (E) et le capteur photo électrique (R) b) KER dépend de l'angle sous lequel la source lumineuse émettrice (E) voit le capteur photo électrique (R) c) KER ne dépend pas de 1 λangle sous lequel le capteur photo électrique (R) voit la source lumineuse émettrice (E)
En d'autres termes (voir Figures 6 et 7) :
- KER ne dépend pas d'une rotation de l'axe (XR)
KER dépend de la position du capteur photo électrique (R) vue par la source lumineuse émettrice (E) Dans la Situation A : (SR2) - (SRI) = KER X (%Obst2(E,R) - %Obstl(E,R) )
Dans cette formule, les valeurs dont le nom est suivi du chiffre 2 sont relatives à (SR2) et celles dont le nom est suivi par le chiffre 1 sont relatives à (SRI) .
En conséquence, le résultat suivant est obtenu : la différence (SR2) / (SRI) dépend essentiellement : a) de la différence des transparences des obstacles placés sur le rayon lumineux allant de la source lumineuse émettrice (E) au capteur photo électrique (R) lors des deux mesures successives b) de la position du capteur photo électrique (R) par rapport à la source lumineuse émettrice (E) c) du respect de la condition suivante entre les deux mesures successives : la position du capteur photo électrique (R) vue de la source lumineuse émettrice (E) est restée constante
Des transpositions à la Formule 5 des résultats précédents relatifs au calcul de la différence arithmétique pour la Formule 4 peuvent être réalisées de la même manière que dans les cas étudiés auparavant.
Les résultats précédents suggèrent des lois de variation particulièrement intéressantes de la transparence d'un motif à opacité variable (MV) .
On remarquera qu' il est mathématiquement possible de définir dans un motif à opacité variable la position d'un point (P) le long de la dimension de variation de l'opacité de nombreuses manières telles que par exemple : - par un déplacement linéaire le long de l'axe de variation de l'opacité (voir Figures 2 et 4)
- par un angle sous lequel le point (P) est vu depuis le capteur photo électrique (R)
Ces deux modes de définition, ainsi que de nombreux autres sont mathématiquement équivalents, ce qui signifie qu'il est possible de passer au moyen de formules de calcul d'un mode à l'autre.
Dans la suite de l'exposé et sans perte de généralité, la position d'un point d'un motif à opacité variable (MV) le long de la dimension de variation de la transparence sera supposée définie par un déplacement linéaire le long de la dimension de variation de l'opacité. En désignant par TR(P) la transparence au point (P) ,
X(P) la coordonnée du point (P) le long de la dimension de variation de la transparence, et TR(X) la transparence à la coordonnée (X), les lois suivantes de variation pour TR(X) sont particulièrement intéressantes: a) TR(X) = K X X(P) (variation de la transparence au point (P) qui dépend linéairement de la coordonnée (X) ) ; cette loi de variation particulièrement adaptée au calcul des comparaisons suivantes :
. (SR2) - (SRI) dans la Situation A . (SR2) / (SRI) dans la Situation B b) plus généralement TR(X) = K X XP(P) (variation de la transparence au point (P) qui dépend linéairement d'une puissance, entière ou fractionnaire de la de la coordonnée (X), c'est à dire une variation du type xp, p étant entier ou fractionnaire)
Dans tous ces cas, en effet le rapport (SR2) / (SRI) sera proportionnel à la puissance p du rapport (X2) / (XI) . En conséquence, en termes de Logarithmes :
Logarithme ( TR(P2) /TR(Pl) ) = P X Logarithme ( X2 / XI ) = P X ( Logarithme (X2) - Logarithme (XI) )
Il peut aussi être particulièrement avantageux de choisir pour le motif optique à opacité variable (MV) une loi de variation en fonction de la coordonnée (X) qui soit une fonction exponentielle (c'est à dire de type ex ou 2X ou l,lx) de cette coordonnée (X). Cette loi est particulièrement avantageuse pour la comparaison suivante : - (SR2) / (SRI) dans la Situation A
Dans ce cas, en effet : Logarithme ( TR(P2) /TR(P1) ) = Logarithme ( TR(P2) ) - Logarithme ( TR(Pl) ) = K X (X2/X1)
Dans cette formule, K est une constante qui dépend des formules exactes utilisées pour les Logarithmes et les exponentielles .
Lorsque les dispositifs récepteurs (D) sont réalisés sans motif optique à deux dimensions (M) , la variations de la sensibilité du capteur photo électrique (R) en fonction de l'incidence des rayons lumineux (SL) détermine la loi de variation des signaux électriques représentatifs (SR) .
Les courbes des Figures 17 et 18 montrent que ces variations sont linéaires dans une plage qui dépend du capteur utilisé (35 à 85 degrés pour le capteur BPW34 et 7 à 25 degrés pour le capteur SFH203) . Une linéarité imparfaite du capteur peut toutefois suffire : dans ce cas, la variation d'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) nécessaire pour obtenir une même variation de la sensibilité du capteur photo électrique (R) dépendra légèrement de l'angle d'incidence initial et/ou final. Dans ces conditions, on voit qu'il est possible d'utiliser les capteurs décrits dans les courbes des Figures 17 et 18 dans des plages plus larges (de 15 à 85 degrés pour le capteur BPW34, de 5 à 33 degrés pour le capteur SFH203) .
On remarquera aussi que la sensibilité du capteur BPW34 (Figure 17) est constante à 10 % pour un angle d'incidence qui varie entre 0 et 25 degrés, et donc, par symétrie, entre + 25 et - 25 degrés (la sensibilité est constante à 5 % près entre + 15 et -15 degrés) . Le capteur BPW 43 peut donc être utilisé comme capteur dont la sensibilité est substantiellement constante lorsque l'incidence des rayons lumineux varie dans une plage de 30 degrés ou de 50 degrés, en fonction de la précision souhaitée pour cette constance. A titre de comparaison, un écran de télévision est regardé à une distance qui varie typiquement entre 3 et 5 fois la longueur de la diagonale de l'écran, ce qui correspond à un angle de vision de l'écran de l'ordre de 12 à 20 degrés (l'angle de vision d'un écran de télévision à une distance égale à une fois sa diagonale est de 60 degrés environ) .
En fonction du contexte, un dispositif récepteur (D) dont la sensibilité est substantiellement constante en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) pourra donc être réalisé selon les deux méthodes suivantes :
- en utilisant un dispositif récepteur (D) réalisé sans motif optique en deux dimensions (M) et utilisant capteur photo électrique (R) dont la sensibilité est substantiellement constante en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) , tel qu'une photodiode BPW34 recevant des rayons lumineux (SL) autour de son axe de symétrie (XS)
- en utilisant un dispositif récepteur (D) réalisé avec un motif optique à opacité constante (MU)
Dans la suite de l'exposé, on considérera comme équivalent de mentionner :
- le rapport arithmétique de deux valeurs positives - la différence des logarithmes de ces valeurs et on appellera opération arithmétique de comparaison de deux valeurs positives l'une des deux opérations arithmétiques suivantes :
- la différence entre deux valeurs - la différence des logarithmes de ces deux valeurs Les possibilités de mesure permises par l'invention avec une seule source lumineuse émettrice (E) sont les suivantes : a) Utilisation des possibilités de mesure permises par la Situation A pour détecter des déplacements en une dimension :
- en utilisant un dispositif récepteur (D) réalisé indifféremment soit avec un motif à opacité variable (MV) soit sans motif optique à deux dimensions (M) - en calculant soit le quotient soit la différence des valeurs remarquables des signaux électriques représentatifs (SR) b) Utilisation des possibilités de mesure permises par la Situation B pour détecter des positions en une dimension :
- en utilisant un dispositif récepteur (D) réalisé indifféremment soit avec un motif à opacité variable (MV) soit sans motif optique à deux dimensions (M)
- en utilisant un deuxième dispositif récepteur (D) dont la sensibilité par rapport à l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) est substantiellement constante
- en calculant le quotient des valeurs remarquables des signaux électriques représentatifs (SR) générés par les deux dispositifs récepteurs (D) c) Utilisation double des possibilités de mesure permises par la Situation A pour détecter des déplacements en deux dimensions :
- en utilisant deux dispositifs récepteurs (D) réalisé chacun indifféremment soit avec un motif à opacité variable (MV) soit sans motif optique à deux dimensions (M)
- les deux dispositifs récepteurs (D) ayant des dimensions de détection de l'incidence des rayons lumineux (SL) incidents non parallèles (et de préférence selon deux axes perpendiculaires) d) Utilisation double des possibilités de mesure permises par la Situation B pour détecter des positions en deux dimensions : en utilisant deux dispositifs récepteurs (D) réalisé chacun indifféremment soit avec un motif à opacité variable (MV) soit sans motif optique à deux dimensions (M) - ces deux dispositifs récepteurs (D) ayant des dimensions de détection de l'incidence des rayons lumineux (SL) incidents non parallèles (et de préférence selon deux axes perpendiculaires)
- en utilisant un troisième dispositif récepteur (D) dont la sensibilité par rapport à l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) est substantiellement constante
On remarquera par ailleurs que la possibilité de mesurer des positions entraîne automatiquement la possibilité de mesurer des déplacements, car la mesure d'un déplacement en une dimension est égale à la différence entre la position d'arrivée et la position de départ dans cette même dimension.
D'autres possibilités de mesures de positions en une et deux dimensions existent. Les possibilités décrites ci- après : nécessitent le même nombre de dispositifs récepteurs (D) que les méthodes décrites précédemment (deux dispositifs récepteurs (D) pour la mesure de position en une dimension et trois dispositifs récepteurs (D) pour la mesure de position en deux dimensions)
- utilisent les mêmes principes de base que les méthodes décrites précédemment Ces possibilités seront décrites dans le cadre de l'utilisation de dispositifs récepteurs (D) réalisés sans motifs optiques en deux dimensions (M) . Les exemples précédents montrent qu'une transposition à des dispositifs récepteurs (D) utilisant des motifs optiques en deux dimensions (M) est possible et ne pose pas de difficulté.
La Figure 21 et la Figure 22 décrivent une méthode de mesure d'une position en une dimension. Dans ces figures :
- (RI) et (R2) sont les capteurs photo électriques (R) de deux dispositifs récepteurs (DI) et (D2), d'axes de symétrie (XS1) et (XS2) , disposés de manière rigide dans des positions définies à l'avance - (SL1) et (SL2) sont les rayons lumineux émis par la source lumineuse émettrice (E) en direction des capteurs photo électriques (RI) et (R2)
- les axes de symétrie (XSl) et (XS2) définissent substantiellement un plan (ils sont concourants ou appartiennent à des plans parallèles et proches) ; pour apprécier la notion de proximité, on remarquera que les Figures 21 et 22, pour des raisons pratiques, ne sont pas à l'échelle : la taille des dispositifs récepteurs (RI) et (R2) est de l'ordre de quelques millimètres, les dispositifs récepteurs (Dl) et (D2) sont typiquement de taille réduite
(de l'ordre de quelques centimètres) pour être facilement manipulés par l'utilisateur, alors que les distances entre la source lumineuse émettrice (E) et les capteurs photo électriques (RI) et (R2) est typiquement de l'ordre du mètre (de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres, ce qui correspond à la distance habituelle d'utilisation d'un dispositif de commande) - la source lumineuse émettrice (E) se déplace à l'intérieur de l'angle (XSl, XS2) (dans l'espace : à l'intérieur du dièdre défini par les deux plans contenant (XSl) et (XS2) et perpendiculaires au plan (XSl, XS2)) ; cette configuration garantit que la source lumineuse émettrice (E) sera toujours à droite de (XSl) et à gauche de (XS2)
- dans la Figure 21, la source lumineuse émettrice (E) appartient au plan (XSl, XS2) défini par les axes de symétrie (XSl) et (XS2)
- dans la Figure 22, la source lumineuse émettrice (E) n'appartient pas au plan (XSl, XS2) défini par les axes de symétrie (XSl) et (XS2) ; le point (F) est la projection orthogonale de (E) sur ce plan et appartient à la droite (F1,F2), les points (FI) et (F2) appartiennent respectivement à l'axe de symétrie (XSl) et (XS2) , et sont tels que les distances de (FI) et (F2) à la partie active des capteurs photo électriques (RI) et (R2) soient égales, les points (F3) et (F4) sont les projections orthogonales de (E) sur les axes (XSl) et (XS2)
En se plaçant dans le cas décrit par la Figure 21, on constate que : lorsque la source lumineuse émettrice (E) se déplace de la gauche vers la droite : les situations suivantes sont rencontrées successivement : a) les rayons lumineux (SL) émis par la source lumineuse émettrice (E) ne sont captés ni par le capteur photo électrique (RI) , ni par le capteur photo électrique (R2) b) les rayons lumineux (SL) émis par la source lumineuse émettrice (E) sont captés par le capteur photo électrique (RI), mais pas par le capteur photo électrique (R2) c) les rayons lumineux (SL) émis par la source lumineuse émettrice (E) sont captés par le capteur photo électrique (RI) et par le capteur photo électrique (R2) d) les rayons lumineux (SL) émis par la source lumineuse émettrice (E) ne sont plus captés par le capteur photo électrique (RI), mais sont encore captés par le capteur photo électrique (R2) e) les rayons lumineux (SL) émis par la source lumineuse émettrice (E) ne sont captés ni par le capteur photo électrique (RI), ni par le capteur photo électrique (R2) Si l'on se place dans le cas c) défini précédemment
(les rayons lumineux (SL) émis par la source lumineuse émettrice (E) ) , on remarque que la disposition des capteurs photo électriques (RI) et (R2) décrite dans la Figure 21 et sa description a pour conséquence que, lorsque la source lumineuse émettrice (E) se déplace de la gauche vers la droite :
- l'intensité lumineuse (SL1) captée par le capteur photo électrique (RI) décroît
- l'intensité lumineuse (SL2) captée par le capteur photo électrique (RI) croît
En conséquence :
- le rapport (SR2) / (SRI) (ou la différence des logarithmes de (SR2) et (SRI) ) des signaux électriques (SRI) et (SR2) ) représentatifs des signaux lumineux (SL1) et (SL2) croît lorsque la source lumineuse émettrice (E) se déplace de gauche à droite, car c'est le quotient d'une fonction croissante et d'une fonction décroissante ce rapport est indépendant de l'intensité lumineuse émise par la source lumineuse émettrice (E) , et, plus généralement, les éléments et les principes généraux décrits précédemment et relatifs à la Situation B (comparaison des intensités lumineuses reçues par deux dispositifs récepteurs (D) différents) s'appliquent, à l'exception des éléments relatifs au fait qu'un des dispositifs récepteurs était un dispositif récepteur (D) dont la sensibilité est substantiellement constante en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL)
On remarquera aussi que, dans le cas de Figure décrit précédemment, la sensibilité des photo capteurs (RI) et (R2) n'a pas besoin de varier de manière linéaire ; il suffit qu'elle soit décroissante avec l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) reçus pour que le rapport (SR2)/(SR1) définisse de manière unique la position en une dimension de la source lumineuse émettrice (E) .
A titre d'exemple, les courbes des Figures 17 et 18 montrent que les capteurs BPW34 et SFH203 peuvent être utilisés de la manière décrite ci-dessus dans les plages suivantes :
- BPW34 : de 0 à 85 degrés (l'angle (XS1,XS2) peut être aussi large que 85 degrés)
- SF203 : de 0 à 40 degrés (l'angle (XS1,XS2) peut être aussi large que 40 degrés)
Pour calculer de manière explicite, cette position, les deux méthodes suivantes sont particulièrement simples et avantageuses :
- les capteurs photo électriques (RI) et (R2) ont une sensibilité en fonction de l'angle d'incidence qui est linéaire, ou exprimée sous la forme d'une formule mathématique simple, et il est alors possible de calculer le quotient (SR2)/(SR1) sous la forme d'une formule mathématique simple
- la correspondance entre le quotient (SR2)/(SR1) d'une part et la position en une dimension de la source lumineuse émettrice (E) est définie dans une table de correspondance définie à l'avance, ce qui permet une traduction simple et rapide du quotient en une position
Dans le cas décrit par la Figure 22 et sa présentation, la source lumineuse émettrice (E) n'est plus contrainte à se déplacer dans le plan (XS1,XS2). Les deux cas de figure peuvent être distingués : a) la sensibilité des capteurs photo électriques (RI) et (R2) par rapport à des mouvements dans une direction perpendiculaire au plan (XSl, XS2) est substantiellement constante.
Dans ce cas, les raisonnements relatifs à la situation décrite par la Figure 21 s'appliquent, et il est possible de réaliser des mesures de position en une dimension avec le dispositif défini dans les Figures 21 et 22. L'utilisation de capteurs de type BPW34, comme il a été vu précédemment, permet de se placer dans un tel cas de figure . b) la sensibilité des capteurs photo électriques (RI) et (R2) par rapport à des mouvements dans une direction perpendiculaire au plan (XSl, XS2) est variable.
L'utilisation de capteurs de type SFH203, comme il a été vu précédemment, amène à se placer dans un tel cas de figure.
Dans ce cas, les raisonnements relatifs à la situation décrite par la Figure 21 ne s'appliquent plus. Toutefois, on remarquera que une valeur constante du rapport
(SR2)/(SR1) signifie que : la source lumineuse émettrice (E) décrit, en supposant sans perte de généralité que la source lumineuse émettrice (E) se déplace dans un plan perpendiculaire au plan (XSl, XS2), une courbe sur ce plan . cette courbe est définie à l'avance en fonction de la sensibilité des capteurs photo électriques (RI) et
(R2) par rapport à l'angle d'incidence des rayons lumineux
(SL) .
Le calcul explicite de cette courbe est possible dans des cas simples, par exemple en supposant que la sensibilité des capteurs photo électriques (RI) et (R2) varie de manière linéaire avec le sinus de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) , ce qui est proche d'une variation linéaire avec l'angle lui même. Dans ce cas, et en remarquant qu'à l'échelle réelle du dispositif, les rayons lumineux (SL1) et (SL2) sont en pratique confondus : (SR2) 2/(SRl) 2 = (EF4)2 / (EF3) 2 = (EF2+FF42 ) / (EF2+FF32 ) et :
- les coordonnées des points F3 et F4 se calculent à partir des coordonnées du point (F) et de l'angle (XSl, XS2)
- les coordonnées de la source lumineuse émettrice (E) interviennent dans ces formules dans le cadre de polynômes du second degré.
- le lieu géométrique des points (F) qui correspond à une valeur constante du rapport (SR2) / (SRI) est alors une conique, c'est à dire une courbe lisse et régulière
Dans le cas général, le calcul explicite des lieux géométriques de la position de la source lumineuse émettrice
(E) pour chaque valeur du rapport (SR2)/(SR1) est difficile ou très difficilement réalisable. Toutefois, le fait que ces courbes soient définies à l'avance lorsque les caractéristiques des capteurs photo électriques (RI) et (R2) sont connues à l'avance permet de : réaliser, avec un jeu de capteurs photo électriques (RI) et (R2) représentatifs, des mesures de valeurs du rapport (SR2)/(SR1) en partant de positions connues à l'avance pour la source lumineuse émettrice (E)
- mémoriser ces correspondances entre positions de la source lumineuse émettrice (E) et valeurs du rapport (SR2)/(SR1) dans une table de correspondances
Le cas b) ci-dessus relatif au traitement de la situation décrite dans la Figure 22 trouve une application particulièrement intéressante dans le cas de la situation décrite en Figure 23. Dans la Figure 23 : - (RI), (R2) et (R3) sont les capteurs photo électriques (R) de deux dispositifs récepteurs (DI), (D2) et (D3), d'axes de symétrie (XSl), (XS2) et (XS3)
(SL1), (SL2) et (SL3) sont les rayons lumineux émis par la source lumineuse émettrice (E) en direction des capteurs photo électriques (RI) , (R2) et (R3)
- les axes de symétrie (XSl), (XS2) et (XS3) définissent substantiellement un trièdre (ils n'appartiennent pas à un même plan, et sont concourants ou appartiennent à des plans quasiment concourants) ; pour apprécier la notion de proximité, les mêmes remarques que pour les Figures 21 et 22 s'appliquent
- la source lumineuse émettrice (E) est supposé se déplacer à l'intérieur du trièdre (XSl, XS2, XS3) ; cette configuration garantit que la source lumineuse émettrice (E) sera toujours d'un même côté par rapport à chaque capteur photo électrique (RI), (R2) ou (R3) ) En se plaçant dans la situation décrite par la Figure 23, on constate que les considérations relatives à la Figure 22 s'appliquent à chacun des 3 plans (XSl, XS2) , (XS2, XS3) et (XS3, XSl) . En conséquence il existe les deux méthodes suivantes de calcul de la position en deux dimensions de la source lumineuse émettrice (E) , et ces deux méthodes correspondent respectivement à l'application des cas de figure a) et b) ci-dessus de manière uniforme à (RI) , (R2) et (R3) : c) la sensibilité des capteurs photo électriques
(RI), (R2) et (R3) par rapport à des mouvements dans une direction perpendiculaire aux plans (XSl, XS2), (XS2, XS3) et (XS3, XSl) est substantiellement constante.
Dans ce cas, les raisonnements relatifs à la situation décrite par la Figure 21 s'appliquent pour chacun de ces 3 plans, et il est possible de réaliser des mesures de position en deux dimensions en :
- réalisant deux ou trois mesures de position en une dimension par rapport à des axes dont la position est connue à l'avance. On remarquera qu'il est possible de réaliser 3 mesures de positions en une dimension, et donc de disposer d'informations redondantes, ce qui permet d'améliorer la précision et la fiabilité des mesures. d) la sensibilité des capteurs photo électriques (RI) et (R2) par rapport à des mouvements dans une direction perpendiculaire au plan (XSl, XS2) est variable. Dans ce cas : la position en deux dimensions de la source lumineuse émettrice (E) est donnée par l'intersection de deux ou trois lieux géométriques qui correspondent à deux ou trois des rapports suivants : (SR2)/(SR1), (SR3/SR2) , (SR3 / SRI) ; la possibilité d'utiliser, d'une manière analogue au cas c) ci-dessus, d'une information redondante fiabilise les calculs
- cette position peut être déterminée de manière simple à partir de tables de correspondances définies d'une manière analogue à celle du cas b) ci-dessus
- un cas particulièrement favorable existe lorsque les capteurs (RI), (R2) et (R3) ont des caractéristiques substantiellement identiques et sont disposés de manière régulière dans l'espace (il existe une rotation de 120 degrés dont le centre est le point de concours des axes de symétrie (XSl), (XS2) et (XS3) et qui laisse invariant l'ensemble des 3 axes de symétrie) car : la taille des tables de correspondances nécessaires peut être réduite d'un facteur trois à précision équivalente
. le nombre de cas de figure à traiter est réduit
La description ci-dessus des cas de figure c) et d) permet d'extrapoler facilement à des situations dans lesquelles les cas de figure a) et b) s'appliqueraient simultanément aux trois capteurs photo électriques (RI),
(R2) et (R3) .
Par ailleurs, les tables de correspondances fournissent des valeurs pour la position de la source lumineuse émettrice (E) qui peuvent améliorées si nécessaire au moyen d'interpolations, par exemple d'interpolations linéaires .
Les mesures permises par l'invention avec au moins deux sources lumineuses émettrices (E) et la méthode qui permet de les réaliser sont les suivantes :
- utilisation des possibilités de mesure permises par la Situation B avec : . au moins deux dispositifs récepteurs (D) générant chacun un signal électrique (SR) représentatif de la position en une dimension (DI) d'une source lumineuse émettrice (E) , opérant avec des dimensions (DI) différentes, par exemple deux dimensions perpendiculaires
. au moins deux sources lumineuses émettrices (E) distinctes, émettant leurs signaux lumineux à des instants différents et identifiables
- calcul, selon les méthodes définies précédemment, des positions en deux dimensions des au moins deux sources lumineuses émettrices (E) ; ces positions étant en deux dimensions, on supposera dans la suite de l'exposé que les sources lumineuses émettrices (E) sont situées dans un même plan - calcul, selon des méthodes classiques de géométrie et de trigonométrie, à partir ces au moins deux positions en deux dimensions de sources lumineuses émettrices (E) des informations suivantes : distance entre les positions précédemment calculées des au moins deux sources lumineuses émettrices
. mouvements de rotation de couples (El) , (E2) de sources lumineuses émettrices par rapport à l'axe (XR) à partir des positions précédemment calculées
- calcul, selon des méthodes classiques de géométrie et de trigonométrie, si l'on connaît en plus la distance réelle existant entre deux sources lumineuses émettrices (El) et (E2) , de la distance approximative existant entre les dispositifs récepteurs (DI) et (D2) d'une part, et les sources lumineuses émettrices (El) et (E2) d'autre part
Par ailleurs et d'une manière générale, pour réaliser les mesures décrites précédemment, il sera possible d'utiliser indifféremment des signaux lumineux (SL) émis par une source lumineuse (EA) ou les signaux lumineux (SL) émis par une source lumineuse (EB) , (EA) et (EB) étant alimentées par le même signal de commande (25) (voir ci-après) ou par des signaux de commande (25) substantiellement identiques, si les conditions suivantes sont remplies :
- les sources lumineuses émettrices (EA) et (EB) sont suffisamment proches pour ne pas pouvoir être distinguées par les capteurs photo électriques (R) - au moins une des deux conditions suivantes est remplie : les sources lumineuses émettrices (EA) et (EB) ont des caractéristiques électriques et lumineuses très proches, et en particulier les deux caractéristiques suivantes sont très proches:
> les intensités lumineuses émises dans les mêmes conditions d'alimentation électrique
> la répartition dans l'espace de l'énergie lumineuse envoyée . l'intensité lumineuse émise par la ou les sources lumineuses émettrice (s) (E) au cours du temps n' intervient dans la calcul du résultat final de la comparaison des signaux électriques (SRI) et (SR2)
Dans le présent exposé, on mentionnera « une source lumineuse émettrice (E) » pour signifier en pratique « la source lumineuse émettrice (E) et les éventuelles autres sources lumineuses qui lui sont équivalentes selon la définition précédente » Pour permettre les différentes opérations de mesure décrites précédemment, l'invention utilise les éléments suivants (voir Figure 14) : au moins une source lumineuse émettrice (E) , émettant des signaux lumineux (SL) aux caractéristiques temporelles connues à l'avance
- des moyens de commande (20) adaptés pour commander sélectivement, la (ou les) source (s) lumineuse (s) (E) au moyen de signaux de commande (25) - au moins un dispositif récepteur (D) , pouvant être déplacé par l'utilisateur, et comprenant un capteur photo électrique (R) générant des signaux électriques représentatifs (SR) des signaux lumineux (SL) captés, le dit capteur photo électrique (R) étant disposé de manière de manière prédéterminée et adaptée à générer des signaux électriques représentatifs (SR) de la position en une dimension de la au moins une source lumineuse émettrice (E) , cette dimension étant définie à l'avance et en relation avec la disposition du capteur photo électrique (R) à l'intérieur du dispositif récepteur (D)
- des moyens (10) de traitement analogique et de conversion en signaux numériques (16) des signaux électriques représentatifs (SR) générés par l'ensemble des dispositifs récepteurs (D) - des moyens de calcul (11) adaptés pour traiter les signaux numériques (16) et générer des signaux électroniques (17) des moyens de transmission (EP) adaptés pour transmettre au dispositif électronique (2) des informations représentatives des signaux électroniques (17) , et ces éléments coopèrent de la manière suivante : - les signaux de commande (25) de ladite au moins une source lumineuse (E) sont adaptés pour que ladite au moins une source lumineuse (E) émette à des instants identifiables par les moyens de calcul (11) des signaux lumineux (SL) qui ont une composante (CO) adaptée à : être captée par le (ou les) capteur (s) photo électrique (s) (R) durant au cours de cycles de mesure faire générer au capteur photo électrique (R) un signal électrique représentatif (SR) de l'amplitude des signaux lumineux (SL) reçus par le capteur photo électrique (R) le capteur photo électrique (R) , les moyens de traitement analogique (10) et les moyens de calcul (11) sont adaptés pour effectuer des opérations arithmétiques de comparaison (CP) portant sur les amplitudes des composantes (CO) des signaux lumineux (SL) reçus au cours de deux cycles de mesure différents les moyens de calcul (11) sont adaptés pour générer des signaux électroniques (17) représentatifs des résultats de ces opérations arithmétiques de comparaison (CP)
Les caractéristiques suivantes de signaux de commande (25) des sources lumineuses émettrices (E) générés par les moyens de commande (20) sont par ailleurs simples à générer et particulièrement avantageuses : a) les signaux de commande (25) relatifs à chaque source lumineuse émettrice (E) peuvent comporter des informations codées sous forme numérique, tels que des codes ou des valeurs, telles que ces informations puissent être distinguées de la composante modulée en amplitude ; une telle distinction peut être obtenue en attribuant des tranches de temps différentes :
. pour la composante modulée en amplitude avec des caractéristiques temporelles d'amplitude connues à l'avance d'une part pour les informations codées sous forme numérique d' autre part b) les signaux de commande (25) relatifs à l'ensemble des sources lumineuses émettrices (E) sont adaptés pour que les émissions de chaque source lumineuse émettrice (E) puissent être associées à la source émettrice (E) correspondante ; par exemple, chaque source lumineuse émettrice (E) peut émettre durant une tranche de temps différente
Pour des mesures de positions ou de déplacement dans le cadre d'un interface homme machine, 20 à 30 mesures par seconde sont suffisantes pour donner à l'utilisateur une impression de continuité et de rapidité de réponse. En conséquence, un cycle complet d'émission pour l'ensemble des sources lumineuses émettrices (E) est de 30 millisecondes.
Lorsque, par exemple, 3 sources lumineuses émettrices (E) co-existent, la durée d'un cycle d'émission est de 10 millisecondes pour chaque source lumineuse émettrice (E) , soit 120 cycles si la source lumineuse émettrice (E) émet à une fréquence de 8 kilohertz. Lorsque 2 sources lumineuses émettrices (E) co-existent, la durée d'un cycle d'émission est de 15 millisecondes pour chaque source lumineuse émettrice (E) , soit 180 cycles si la source lumineuse émettrice (E) émet à une fréquence de 8 kilohertz.
Par ailleurs : a) Les signaux (17) transmis par les moyens de calcul (11) au dispositif électronique (2) peuvent être transmis sur différents supports. En particulier, les moyens de calcul (11) et le dispositif électronique (2) peuvent communiquer par ondes (ondes lumineuses, ondes radio ou ondes ultrasonores par exemple) ou par câble. b) Les signaux (17) transmis par les moyens de calcul (11) au dispositif électronique (2) peuvent être transmis selon différentes protocoles. Il pourra être avantageux d'utiliser des moyens tels que une liaison série selon le protocole V24 ou une liaison de type I2C entre micro contrôleurs. c) Les signaux émis (IP) par le dispositif émetteur (EP) , lui même piloté par les signaux électriques (17), sont convertis par le dispositif récepteur de signaux (RP) en signaux électriques (27) représentatifs des signaux (IP) d) Ces signaux électriques représentatifs (27) peuvent être traités par des moyens de calcul (21) et alimenter des moyens (30) de gestion d'un curseur informatique (C) affiché sur un écran d'affichage (EC) e) Les moyens de calcul (21) peuvent aussi de manière optionnelle transmettre aux moyens de commande (20) des informations (26) permettant à ces moyens de commande d'adapter ou de moduler les signaux de commande (25), afin en particulier d'adapter l'intensité maximale des signaux lumineux (SL) émis par la ou les source (s) lumineuse (s) émettrice (s) (E) .
C'est ainsi qu'il est possible d'augmenter la dynamique apparente d'un capteur photo électrique (R) et des moyens de traitements du signal électrique (SR) en faisant émettre à une source lumineuse émettrice (E) une intensité lumineuse qui permette au capteur photo électrique (R) et les moyens de traitements du signal électrique (SR) de fonctionner dans des conditions d' éclairement qui lui sont particulièrement favorables en termes de sensibilité ou de rapport signal sur bruit. Les informations permettant d'adapter l'intensité maximale des signaux lumineux (SL) émis par la ou les source (s) lumineuse (s) émettrice (s) (E) peuvent par exemple provenir des moyens de calcul (11) qui peuvent transmettre au dispositif électronique (2) au moyen des informations (IP) transmises des consignes d'augmentation ou de diminution de l'intensité maximale des signaux lumineux (SL) en fonction des caractéristiques des signaux électriques (SR) reçus f) Si le dispositif (2) est doté d'une surface ou d'un écran d'affichage (E) , ainsi que des moyens (30) de gestion d'un curseur graphique (C) , il est possible d'associer une gestion classique de curseur graphique à la détection de position ou de déplacement réalisée par la présente invention. Dans ce cas, la logique de calcul (11) peut transmettre au dispositif électronique (2) la suite dans le temps des positions ou des déplacements détectés.
On remarquera, concernant la détection de positions ou de déplacements dans le cadre d'un interface homme- machine, que les dispositifs couramment appelés « souris » informatiques sont des dispositifs qui ne savent détecter que des déplacements, et que c'est au niveau de l'utilisateur et de l'application informatique qui utilise les informations fournies par la « souris » que se fait la traduction des informations de déplacement en informations de position. Dans ces conditions, les éventuelles imprécisions ou variations de paramètres dans le temps sont corrigés par l'utilisateur, et souvent de manière inconsciente. Ces mêmes mécanismes peuvent être aussi utilisés dans le cadre de l'interface homme machine qui fait l'objet de la présente invention, afin de corriger les imprécisions de calcul des déplacements ou des positions.
EXPOSE D'UN MODE DE REALISATION
Les différents mécanismes décrits précédemment peuvent notamment être mis en œuvre dans les conditions suivantes qui sont de réalisation simple et économique : a) Les sources lumineuses émettrices (E) sont des diodes lumineuses couramment appelées LED, qui :
- sont de dimension physiques réduites (certaines ont un diamètre extérieur de 3 millimètres)
- ont des temps d' éclairement et d' extinction de l'ordre de la microseconde, et souvent inférieurs à la microseconde peuvent émettre, selon le modèle utilisé, en lumière visible (plusieurs couleurs différentes sont possibles) ou en lumière infra rouge - peuvent générer des signaux lumineux (SL) sous la forme d'impulsions lumineuses d'une durée d'une microseconde ou de quelques microsecondes peuvent être alimentées par des signaux de commande (25) sous une tension faible (2 volts au minimum) et sous un courant de fonctionnement modéré (10 à 20 milliampères en pointe typiquement) ou fort (100 à 500 milliampères en impulsions typiquement) - émettent, selon les modèles, dans un cône dont le demi-angle à 50 % est de 15 à 40 degrés d'angle b) Le ou les capteur (s) photo électriques (R) peut avantageusement être réalisé à partir d'une photodiode rapide ces photodiodes, par exemple une BPW34 ou une SFH203 de chez Infineon, utilisées selon des techniques classiques tels que des amplificateurs opérationnels en montage trans impédance permettent de détecter des signaux d'une fréquence de l'ordre de quelques dizaines de kilohertz. Ces capteurs se présentent sous la forme de boîtiers dont le diamètre est de l'ordre de 3 à 5 millimètres, des caractéristiques particulièrement favorables :
- lorsqu'elles sont utilisées dans le mode dit de « polarisation inverse » ou « polarisation nulle » elles génèrent un courant électrique, dit "courant de court circuit", dont l'intensité varie, avec une très bonne précision et dans une gamme d' intensités lumineuses allant typiquement de 1 à 1.000 ou plus, de manière linéaire en fonction de l'intensité lumineuse reçue et présentent des temps de réponse pouvant être inférieurs à la microseconde
- lorsqu'elles sont utilisées dans le mode dit de « photo voltaïque », elles génèrent une tension électrique dont la valeur varie de manière logarithmique en fonction de l'intensité lumineuse reçue c) La distance entre la (ou les) source (s) lumineuse (s) émettrices (E) et entre le (ou les) capteur (s) photo électrique (s) (R) est typiquement pour des opérations de désignation de déplacements ou de positions de quelques dizaines de centimètres au minimum et de quelques mètres typiquement. Dans ces conditions les sources lumineuses émettrices (E) peuvent être considérées comme ponctuelles ou quasi ponctuelles et les capteurs photo électriques (R) peuvent aussi être considérés comme ponctuelles ou quasi ponctuelles d) Traitement (amplification et/ou filtrage passe bande) du signal électrique généré par chaque capteur photo électrique (R) par une électronique analogique permettant une très bonne linéarité dans le traitement du signal. En particulier, l'utilisation d'amplificateurs opérationnels permet d'obtenir une amplification avec de très bonnes caractéristiques de linéarité. e) Conversion en signal numérique du signal analogique obtenu après amplification linéaire et filtrage passe-bande du signal électrique représentatif (SR) généré par chaque photo capteur (R) . Cette conversion peut classiquement en utilisant une ou plusieurs des méthodes suivantes pour aboutir à une conversion linéaire ou logarithmique : i) Utilisation d'un convertisseur analogique numérique classique, ce qui permet d'obtenir directement une valeur numérique proportionnelle au signal analogique mesuré, ii) Mesure du temps de décharge spontané d'un condensateur, chargé au préalable par la valeur du signal analogique à convertir, dans une résistance électrique ; une telle méthode permet d'obtenir une durée est proportionnelle au logarithme de la tension aux bornes du condensateur avant le début de la décharge. De manière classique, cette étape de conversion analogique numérique peut être précédée d'une étape d'échantillonnage blocage et/ou d'une étape de détection de la valeur de crête du signal analogique. iii) Mesure du temps de décharge spontané d'un condensateur, chargé au préalable par la valeur du signal analogique à convertir, dans une source de courant permettant d' absorber ou de fournir un courant de valeur définie avec précision. Dans ce cas, et par opposition à la méthode précédente, une telle méthode permet d'obtenir une durée est proportionnelle à la tension aux bornes du condensateur avant le début de la décharge iv) Conversion de signaux analogiques en leurs logarithmes ou en grandeurs équivalentes par des moyens analogiques classiques (utilisation d'une diode ou d'un transistor dans la boucle de contre réaction d'un amplificateur opérationnel par exemple) v) Conversion de signaux numériques en leurs logarithmes ou de valeurs représentatives de ces logarithmes à l'aide de tables de conversion f) Les moyens de commande (20) et la logique de calcul (11) peuvent être réalisées de manière particulièrement simple à partir d'un micro contrôleur 8 bits d'un coût très modéré (gamme PIC de Microchip ou gammes ST6 ou ST7 de ST Microelectroncis) ; ces microcontrôleurs sont capables de générer des impulsions de commande et de mesurer l'instant d'apparition d'impulsions avec une précision de l'ordre de la microseconde. Ils sont classiquement utilisés pour commander des sources lumineuses telles que des LEDs. g) Certains de ces microcontrôleurs sont équipés de convertisseurs analogique / numérique permettant de réaliser des conversions d'un signal analogique en un signal numérique en quelques dizaines de microsecondes et avec une précision de 8 bits h) Il existe des versions de ces microcontrôleurs qui disposent de mémoire morte, de mémoire dite « flash » ou de mémoire électriquement reprogrammable (moire dite « EEPROM ») i) Il sera donc possible d'utiliser une mémoire permettant de mémoriser sur une longue période des coefficients de correction spécifiques à chaque dispositif et adaptée à coopérer avec les moyens arithmétiques et logiques pour gérer les calculs et autres traitements afin de mémoriser.
La gestion de tels coefficients de correction est avantageuse car les moyens analogiques introduisent en effet de par leur nature diverses sources d'erreur telles que des tolérances et des sensibilités à la température, typiquement de l'ordre de plusieurs pourcents, à moins que des composants de précision, inévitablement moins économiques, ne soient utilisés.
Dans ces conditions, un étalonnage sous forme de mesures de position ou de déplacements dans un environnement tel que les résultats des mesures sont connus par ailleurs permet de définir pour chaque dispositif réalisé selon l'invention des coefficients d'étalonnage ou de correction.
Ces coefficients spécifiques à chaque dispositif peuvent être alors mémorisés et utilisés par les moyens arithmétiques et logiques de l'invention pour dans les calculs et les autres traitements j) Des tables pourront aussi être utilisées pour réaliser des conversions de nombres en leur logarithmes ou les conversions inverses, ou pour stocker des caractéristiques liées à la sensibilité des capteurs photo électriques (R) , par exemple des correspondances entre positions en une et deux dimensions d'une part, et rapports de type (SR2) / (SRI) définis précédemment dans l'exposé

Claims

REVENDICATIONS
1. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) , destiné à la détection et à la mesure de déplacements et de positions en au moins une dimension, caractérisé en ce qu' il comprend les éléments suivants : au moins une source lumineuse émettrice (E) , émettant des signaux lumineux (SL) aux caractéristiques temporelles connues à l'avance
- des moyens de commande (20) adaptés pour commander sélectivement, la (ou les) source (s) lumineuse (s) (E) au moyen de signaux de commande (25)
- au moins un dispositif récepteur (D) , pouvant être déplacé par l'utilisateur, et comprenant un capteur photo électrique (R) générant des signaux électriques représentatifs (SR) des signaux lumineux (SL) captés, le dit capteur photo électrique (R) étant disposé de manière de manière prédéterminée et adaptée à générer des signaux électriques représentatifs (SR) de la position en une dimension de la au moins une source lumineuse émettrice (E) , et cette dimension étant définie à l'avance et en relation avec la disposition du capteur photo électrique (R) à l'intérieur du dispositif récepteur (D) - des moyens (10) de traitement analogique et de conversion en signaux numériques (16) des signaux électriques représentatifs (SR) générés par l'ensemble des dispositifs récepteurs (D)
- des moyens de calcul (11) adaptés pour traiter les signaux numériques (16) et générer des signaux électroniques
(17) des moyens de transmission (EP) adaptés pour transmettre au dispositif électronique (2) des informations représentatives des signaux électroniques (17) ,
et en ce que ces éléments coopèrent de la manière suivante :
- les signaux de commande (25) de ladite au moins une source lumineuse (E) sont adaptés pour que ladite au moins une source lumineuse (E) émette à des instants identifiables par les moyens de calcul (11) des signaux lumineux (SL) qui ont une composante (CO) adaptée à : être captée par le (ou les) capteur (s) photo électrique (s) (R) durant au cours de cycles de mesure faire générer au capteur photo électrique (R) un signal électrique représentatif (SR) de l'amplitude des signaux lumineux (SL) reçus par le capteur photo électrique (R) le capteur photo électrique (R) , les moyens de traitement analogique (10) et les moyens de calcul (11) sont adaptés pour effectuer des opérations arithmétiques de comparaison (CP) portant sur les amplitudes des composantes
(CO) des signaux lumineux (SL) reçus au cours de deux cycles de mesure différents les moyens de calcul (11) sont adaptés pour générer des signaux électroniques (17) représentatifs des résultats de ces opérations arithmétiques de comparaison (CP)
2. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon la revendication 1, destiné à la détection et à la mesure de déplacements et de positions en au moins une dimension, dans lequel au moins un dispositif récepteur (D) comprend un motif à opacité variable (MV) disposé de manière fixe par rapport au capteur photo électrique (R) et de manière telle que les signaux lumineux (SL) traversent le motif optique en deux dimensions (M) avant d'être captés par le capteur photo électrique (R)
3. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon la revendication 1, destiné à la détection et à la mesure de déplacements et de positions en au moins une dimension, dans lequel au moins un dispositif récepteur (D) comprend un capteur photo électrique (R) , doté d'un axe de symétrie (XS) pour ce qui concerne sa sensibilité par rapport à l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) , et placé dans une position adaptée par rapport aux signaux lumineux (SL) incidents pour générer des signaux électriques représentatifs (SR) de la position en une dimension (DI) de la au moins une source lumineuse émettrice (E) , cette dimension (DI) étant définie à l'avance et en relation avec la disposition du capteur photo électrique (R) à l'intérieur du dispositif récepteur (D)
4. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 2, destiné à la détection et à la mesure de déplacements en une dimension, dans lequel :
- les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique - les opérations arithmétiques de comparaison (CP) sont des différences de logarithmes les deux cycles de mesure (Cl) et (C2) sont réalisés avec le même dispositif récepteur (D) muni d'un capteur motif optique à opacité variable (MV) , au cours de deux intervalles de temps distincts
- les conditions de mesure sont substantiellement constantes durant les cycles de mesure (Cl) et (C2)
5. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 2, destiné à la détection et à la mesure de déplacements en une dimension, dans lequel : - les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique
- les opérations arithmétiques de comparaison (CP) sont des différences les deux cycles de mesure (Cl) et (C2) sont réalisés avec le même dispositif récepteur (D) muni d'un capteur motif optique à opacité variable (MV) au cours de deux intervalles de temps distincts
- les conditions de mesure sont substantiellement constantes durant les cycles de mesure (Cl) et (C2)
6. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 2, destiné à la détection et à la mesure de positions en une dimension, dans lequel :
- les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique
- les opérations arithmétiques de comparaison (CP) sont des différences de logarithme les deux cycles de mesure (Cl) et (C2) sont réalisés avec deux dispositifs récepteurs distincts (DI) et (D2), (D2) étant muni d'un motif optique à opacité variable (MV) et (DI) étant un dispositif récepteur (D) dont la sensibilité est substantiellement constante en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) les signaux lumineux provenant de la source lumineuse émettrice (E) et reçus par les dispositifs récepteurs (DI) et (D2) au cours des cycles de mesure (Cl) et (C2) sont substantiellement identiques ou proportionnels
7. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 2, destiné à mesurer des déplacements en deux dimensions, dans lequel : - les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique deux dispositifs récepteurs (DI) et (D2) fonctionnant chacun selon le principe défini dans la revendication 1 et la revendication 4 fournissent chacun une information de déplacement dans une dimension
- les dimensions de variation de l'opacité des deux motifs à opacité variable (MV) des dispositifs récepteurs
(DI) et (D2) ne sont pas parallèles
8. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et
2, destiné à mesurer des déplacements en deux dimensions, dans lequel :
- les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique - deux dispositifs récepteurs (DI) et (D2) fonctionnant chacun selon le principe défini dans la revendication 1 et la revendication 5 fournissent chacun une information de déplacement dans une dimension
- les dimensions de variation de l'opacité des deux motifs à opacité variable (MV) des dispositifs récepteurs
(DI) et (D2) ne sont pas parallèles
9. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 2, destiné à mesurer des positions en deux dimensions, dans lequel :
- les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique deux combinaisons de dispositifs récepteurs fonctionnant chacune selon le principe défini dans la revendication 6 :
(DI) utilisant un motif optique à opacité variable (MV) associé à (D2), qui est un dispositif récepteur (D) dont la sensibilité est substantiellement constante en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL)
(D3) utilisant un motif optique à opacité variable (MV) associé à (D4), qui est un dispositif récepteur (D) dont la sensibilité est substantiellement constante en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) fournissent chacune une information de position dans une dimension
- les dimensions de variation de l'opacité des deux motifs à opacité variable (MV) des dispositifs récepteurs (DI) et (D3) ne sont pas parallèles
10. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon la revendication 9, destiné à mesurer des positions en deux dimensions, dans lequel les dispositifs récepteurs (D2) et (D4) sont confondus
11. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 2, et l'une quelconque des revendications 4, 5, 6, 7, 8, 9 et 10 dans lequel un ou plusieurs motif (s) optiques à opacité constante (MU) et motif (s) optique (s) à opacité variable (MV) sont remplacés par un même motif optique dynamique (MD)
12. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 3, destiné à la détection et à la mesure de déplacements en une dimension, dans lequel : - les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique
- les opérations arithmétiques de comparaison (CP) sont des différences de logarithmes les deux cycles de mesure (Cl) et (C2) sont réalisés avec le même dispositif récepteur (D) générant des signaux électriques représentatifs (SR) de la position en une dimension (DI) de la source lumineuse émettrice (E) , au cours de deux intervalles de temps distincts
- les conditions de mesure sont substantiellement constantes durant les cycles de mesure (Cl) et (C2)
13. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 3, destiné à la détection et à la mesure de positions en une dimension, dans lequel : - les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique
- les opérations arithmétiques de comparaison (CP) sont' des différences de logarithmes les deux cycles de mesure (Cl) et (C2) sont réalisés avec deux dispositifs récepteurs distincts (DI) et (D2), (D2) générant des signaux électriques représentatifs (SR) de la position en une dimension (DI) de la source lumineuse émettrice (E) et (DI) étant un dispositif récepteur (D) dont la sensibilité est substantiellement constante en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) les signaux lumineux provenant de la source lumineuse émettrice (E) et reçus par les dispositifs récepteurs (DI) et (D2) au cours des cycles de mesure (Cl) et (C2) sont substantiellement identiques ou proportionnels 14. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 3, destiné à mesurer des déplacements en deux dimensions, dans lequel :
- les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique deux dispositifs récepteurs (DI) et (D2) , fonctionnant chacun selon le principe de mesure défini dans la revendication 1 et la revendication 12 et fournissent chacun une information de déplacement dans une dimension, la dimension étant (DU) pour le capteur (DI) et (DI2) pour le capteur (D2)
- les dimensions (DU) et (DI2) de variation de la sensibilité des dispositifs récepteurs (DI) et (D2) ne sont pas parallèles 15. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon les revendications 1 et 3, destiné à mesurer des positions en deux dimensions, dans lequel :
- les signaux lumineux (SL) proviennent d'une source lumineuse émettrice (E) unique deux combinaisons de dispositifs récepteurs fonctionnant chacune selon le principe défini dans la revendication 13 :
(DI) , générant des signaux électriques représentatifs (SR) de la position en une dimension (DU) de la source lumineuse émettrice (E) , associé à (D2) , qui est un dispositif récepteur (D) dont la sensibilité est substantiellement constante en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL)
(D3) , générant des signaux électriques représentatifs (SR) de la position en une dimension (DI3) de la source lumineuse émettrice (E) , associé à (D4), qui est un dispositif récepteur (D) dont la sensibilité est substantiellement constante en fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux (SL) fournissent chacune une information de position dans une dimension
- les dimensions (DU) et (DI3) de variation de la sensibilité des dispositifs récepteurs (DI) et (D3) ne sont pas parallèles
16. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon la revendication 15, destiné à mesurer des positions en deux dimensions, dans lequel les dispositifs récepteurs (D2) et (D4) sont confondus
17. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les sources lumineuses émettrices (E) sont des diodes émettrices de lumière, couramment appelées LEDs
18. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les sources lumineuses émettrices (E) émettent en lumière infra rouge
19. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les sources lumineuses émettrices (E) émettent en lumière visible
20. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le dispositif d'interface (1) et le dispositif électronique (2) sont reliés par câble
21. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le dispositif d'interface (1) et le dispositif électronique (2) sont reliés par ondes
22. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le dispositif électronique (2) comprend un écran d'affichage (E) ainsi que des moyens (M) de gestion d'un curseur graphique (C) , et gère un curseur graphique (C) en fonction des informations calculées par les moyens de calcul (21) à partir des informations (IP) émises par le dispositif d'interface (1)
23. Système comportant un ensemble d'interface (1) et un dispositif électronique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les signaux de commande (25) émis par une source lumineuse émettrice (E) ont une amplitude maximale adaptée pour faire fonctionner le ou les capteurs photo électriques (R) dans des conditions optimales
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