Brevet FR2012814A1 — publié le 19700327

Cette invention concerne un dispositif d'introduction .de.^coordonnées employant des faisceaux lasers pour balayer les coordonnées et employant aussi un crayon lumineux pour sélectionner et détecter une position définie par des coordonnées. Plus particulièrement, l'invention concerne un tel dispositif dans 5 lequel le point d'intesecption de.deux fronts d'onde de faisceaux lasers est utilisé pour balayer la position de coordonnées.. L'invention concerne un dispositif d'entrée de coordonnées perfectionné employant le point d'intersection des fronts d'onde ds deux faisceaux de lumière puisés à impulsion pour marquer une position de coordonnées sur une pla-10 que transparente, permettant ainsi de mesurer exactement une position de coordonnées avec une haute résolution. Chacun des fronts d'onde est l'un d'un train de fronts d'onde produit par une série d'impulsions courtes de lumière cohérente parallèles provenant d'une source laser. Deux trains d'impulsions courtes sont engendrés afin de fournir 15 deux trains de fronts d'onde qui se coupent de préférence perpendiculairement orthogonalement. Le balayage de la plaque est réalisé en utilisant des taux de répétition d'impulsions un peu différents dans les deux séries d'impulsions. La lecture des positions de coordonnées est réalisée de préférence en utilisant du verre photochromique pour la plaque transparente, et en produisant sé-20 lectivement des régions de diffusion dans le verre photochromique. Ces régions de diffusion sont produites par la lumière, de préférence de la lumière ultraviolette, provenant d'un crayon lumineux placé sur la plaque. Une région de diffusion dirige la lumière, des fronts d'onde, qui est de préférence de la . lumière infra-rouge, vers un élément de détection dans le crayon lumineux. La 25 lumière infra-rouge intensifiée diffusée aux points d'intersection des fronts d'onde est détectée de façon non linéaire par l'élément de détection afin de déterminer le moment où un point d'intersection de. fronts d'onde passe sur une région de diffusion. Une comparaison entre le temps auquel une lumière de haute intensité d'un point d'intersection est mesurée, et les temps connus aux-30 quels les intersections devraient se produire aux divers points de coordonnées, permet de déterminer la position du crayon lumineux. Contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, les dimensions de ce dispositif d'entrée de coordonnées peuvent être facilement élargies en employant une plaque de verre large et en réglant convenablement les fréquences de 35 répétition des impulsions du faisceau laser. La résolution de ce dispositif perpendiculairement aux lignes de balayage peut être rendue aussi grande que désirée, limitée seulement par la différence qu'il est possible de maintenir entre les fréquences de répétition des impulsions lasers. La résolution le long des lignes de balayage dépend de la largeur des impulsions, qui peut être très 40 fine. 69 20448 2 2012814 La figure 1 est un diagramme du dispositif d'entrée de coordonnées selon la présente invention. La figure 2 est un diagramme d'un laser bi-directionnel, qu'on pourrait utiliser comme source de lumière cohérente dans la figure 1. 5 La figure 3 est un diagramme d'une paire d=lasers qu'on pourrait utiliser comme une source de lumière cohérente dans la figure 1. La figure 4 est un diagramme en coupe d'un crayon lumineux que l'on pourrait utiliser avec l'invention. Dans la figure 1, une source de lumière cohérente 1, qui sera décrite en 10 détail en rapport aux figures 2 et 3, engendre uhe première série d'impulsions de lumière cohérente dans un faisceau 2 et une deuxième série d'impulsions de lumière cohérente dans un faisceau 3. Le faisceau 2 est réfléchi par un miroir 5 à travers une lentille cylindrique 6 afin de former un faisceau divergent 7. Le faisceau divergent 7 frappe un bord circulaire 8 d'une plaque de verre 15 9. Le point bord circulaire 8 qui est le plus proche de la lentille cylindrique 6 est à une distance F de la lentille. Si le rayon de courbure du bord 8 est r et l'indice de réfraction du ver-nr re est n, F = -ppj- . Si les dimensions au système satisfont à la condition de cette équation, lès fronts d'onde circulaire des impulsions de lumière prove-20 nant de la lentille 6 seront convertis afin de former des fronts d'onde plan dans la plaque de verre. Un tel front d'onde plan est illustré par la ligne en pointillés 10. La région rectangulaire 11 marquée sur la plaque de verre 9 est la région utilisée comme écran d'affichage. Des régions autres que des régions rectangulaires pourraient être utilisées, la région rectangulaire a 25 été illustrée seulement pour faciliter la description. De la même manière que celle qui a été décrite en rapport au faisceau 2, le faisceau 3 est réfléchi par le miroir 15 à travers une lentille .cylindrique 16 afin de former un faisceau divergent 17. Le faisceau divergent 17 frappe aussi le bord 0 de la plaque 9 afin de former des fronts d'onde plan dont 30 l'un est illustré par la ligne en pointillés 18. Les fronts d'onde 10 et 18 sont illustrés comme existant à un certain moment. Après un instant, le front d'onde 10 sera avancé à la position marquée par la ligne en pointillés 21. On peut voir que tous les points d'intersection de ces deu* fronts d'onde se forment à des moments successifs le long'de la ligne 23. 35 A cause du fait que les deux séries d'impulsions ont des fréquences de répétition d'impulsions légèrement différentes, les prochaines séries de fronts d'onde orthogonaux auront leurs points d'intersection mutuels le long d'une autre ligne horizontale parallèle à la ligrie 23, mais un peu écartée de la ligne 23. La paire de fronts d'onde suivante fera la même chose, etc.. Eh con-40 séquence, en réglant correctement les fréquences de répétition des deux impul 69 20448 3 2012814 sions, les points d'intersection des fronts d'onde orthogonaux peuvent balayer la plaque de verre entière avec une trame qui peut être aussi fine qu'il est possible de régler la différence entre les fréquences de répétition des impulsions. 5 Dans la réalisation préférée, la plaque de verre 9 est du verre photo chromique qui n'est pas sensible à la longueur d'onde des impulsions de balayage provenant du laser, qui peut être, par exemple, dans 1'infra-rouge,mais qui engendre des centres de diffusion (et d'absorption) sous l'influence de lumière d'une longueur d'onde différente, par exemple, de la lumière ultra-10 violette. Dans le commerce, plusieurs entreprises produisent un tel verre photo chromique. Si un point particulier sur une telle plaque de verre photochromique est illuminé par de la lumière ultra-violette, ce point diffusera la lumière laser infra-rouge au dehors de la plaque quand un front d'onde de lumière laser infra-rouge le traverse. Le point diffusera deux fois autant de lumière 15 infra-rouge laser quand un point d'intersection de deux fronts d'onde le traverse. Pour utiliser ce système comme tablette d'entrée, un crayon lumineux 24 est utilisé qui contient une source de lumière ultra-violette et un détecteur non-linéaire sensible à la radiation infra-rouge. Ce détecteur infra-rouge est 20 non linéaire afin de pouvoir détecter la grande intensité de lumière provenant d'un point d'intersection de fronts d'onde, tout en n'étant pas sensible à l'intensité de lumière produite par le passage d'un seul front d'onde. Un tel crayon lumineux est décrit en détail en rapport à la figure 4. La figure 2 montre un laser bi-directionnel que l'on pourrait utiliser 25 dans le bloc 1 de la figure 1. L'élément 40 est un élément laser, qui peut être 41 et du genre YAeG:Nd, qui est bien connu danp l'art antérieur. Deux miraiJs/42 sont utilisés pour former deux cavités en connexion avec l'élément laser. La longueur d'une des deux cavités peut être modifiée en déplaçant le miroir. Par exemple, le miroir 41 peut être placé sur un élément piézo-êlectrique dont la 30 longueur peut être commandée par un champ électrique. L'élément piézoélectrique 43 est placé contre une surface fixe 44 pour fournir un moyen de déplacer le miroir 41. Il est connu qu'un laser peut émettre des impulsions ultra-courtes à une fréquence de répétition variable par la modulation interne du laser. Cette tec-35 hnique a été bien décrite dans l'art antérieur. Dans le système laser de la figure 2, les modes des deux cavitéss ont bloqués par des modulateurs individuels qui peuvent être soit piézo-électrique soit électro-optique. En variant légèrement la position du miroir 41, les deux cavités peuvent engendrer des impulsions de lumière à des fréquences de répé-40 tition d'impulsions différentes. La différence entre les fréquences de répéti 20448 4 2012814 tion d'impulsions est une fonction du champ appliqué au cristal piézo-électrique 43. La figure 3 montre une autre réalisation de la source de lumière cohérente 1, utilisée dans la figure 1. Dans cette réalisation, deux lasers indépen-5 dants à mode bloqué sont utilisés pour réaliser les deux séries d'impulsions optiques. Un premier laser comprenant un élément laser 50 et un miroir 51 émet le faisceau 2, comme déjà décrit. Un deuxième laser comprenant un élément laser 52 et un miroir 53 émet un faisceau 3, comme déjà décrit. On peut régler un des deux miroirs 51 et 53 en utilisant un élément piézo-électrique ressemblant 10 à l'élément 43 utilisé dans la figure 2. Ainsi, la fréquence de répétition d'impulsions d'un des lasers peut être modifiée. La différence voulue entre les deux fréquences de répétition d'impulsions dépend de la finesse de la trame voulue sur la plaque. Moins il y a de différence entre les deux fréquences de répétition d'impulsions plus fine sera la 15 trame. Une trame plus fine, a naturellement, plus de lignes par unité de longueur, et en conséquence, une résolution plus grande. Cependant, en rendant la trame plus fine, le nombre d'images par unité de temps diminue. Cependant, il n'y a pas actuellement un système prévu qui parait capable d'utiliser une combinaison de résolution et de fréquence d'images plus hautes que celle in-20 hérente au système décrit. La figure 4 -est une représentation en coupe du crayon lumineux 24, illustré dans la figure 1. Une fibre optique 60 reçoit la lumière ultra-violette provenant d'une source de lumière quelconque (non illustrée) et dirige cette lumière vers son extrémité 61„ Le bout du crayon lumineux est placé su la pla-25 que photochromique 9, comme illustré dans la figure 1, afin d'engendrer des centres de diffusion par lumière ultra-violette. Les détecteurs de lumière 62 et 63 sont choisis pour être sensibles à la lumière infra-rouge mais pas à la lumière ultra-violette. Un ou plusieurs détecteurs comme celui-ci peuvent être utilisés, mais deux sont illustrés. Quand la lumière infra-rouge est diffusée 30 par un centre de diffusion dans la plaque de verre photochromique 9, cette lumière entraîne les éléments photosensibles 62 et 63 à engendrer des signaux électriques, qui sont portés par les lignes 64 et 65 vers un dispositif d'utilisation (non illustré). Les lignes 64 et 65 peuvent être connectées à un dispositif de seuil, tel 35 que l'élément 26 dans la figure 1, qui engendre un signal de sortie quand le signal d'entrée est au dessus d'une certaine limite déterminée. La limite est au-dessus de la valeur de courant due au passage d'un seul front d'onde, mais est au-dessous de la valeur du signal électrique dû au passage d'un point d'intersection entre deux fronts d'onde. 40 La non-linéarité du détecteur peut être réalisée d'une manière électrique, 69 20448 5 2012814 par le dispositif de SBuil comme il vient d'être décrit, aU par des moyens optiques. Les éléments photosensibles 62 et 63 peuvent être couverts d'un élément optique non linéaire tel qu'un colorant blanchissable. Un élément optique non linéaire comme celui-ci limitera le signal de sortie pour certaines 5 valeurs peu élevées de signal, mais n'empêchera pas le passage des signaux élevés. □ans la figure 1, si la plaque de verre 9 est formée d'un verre qui a une surface dépolie, une petite partie de la lumière de chacun des fronts d'onde qui passe sera émise par la surface du verre durant le passage de l'onde. Une 10 plus grande intensité de lumière sera émise durant le passage d'un point d'in-tersaction de deux fronts d'onde. Il est ainsi possible d'utiliser un crayon lumineux qui reçoit seulement la lumière du front d'onde, sans émettre de la lumière ultra-violette. Cependant, celle-ci n'est pas une réalisation préférée. Bien que l'utilisation d'un système à verre dépoli soit plus simple, le 15 niveau de bruit peut être augmenté, et la précision du système réduite. Ordinairement, durant l'utilisation de cette invention, la réponse du détecteur a crayon lumineux doit être rapide. Cependant, un détecteur à réponse basse, peut être utilisé si des techniques de corrélation sont employées. Puisque le dispositif emploie des lignes dô balayage (c'est-à-dire d'intersection) 20 qui sont très peu écartées, un spot détecté peut englober plusieurs centaines de lignes, permettant la corrélation des intersections d'impulsions individuelles afin de produire une crête unique. Une technique de corrélation comme celle-ci réduit sensiblement la nécessité d'un systèrne de détection très rapide. 25 Le verre photochromique utilisé dans ce système doit être choisi d'une manière telle qu'il puisse être régénéré à une vitesse supérieure à celle à laquelle les données peuvent être introduites avec le crayon lumineux, c'est-à-dire la fréquence image du système. Il est possible de produire une référenc= pour un dessinateur, en four-30 nissant un rouleau de papier sensible à l'ultra-violet à l'arrière de la plaque de verre, qui de ce fait sera sensible à la lumière ultra-violette provenant du crayon lumineux. Bien que l'on ait décrit des fronts d'onde qui s'intersectent;orthogona-lement, cela n'est pas nécessaire. Des autres intersections que les intersec-35 tions orthogonales peuvent être employées. Cependant, à cause du fait que dans la plupart des travaux on emploie des systèmes de coordonnées orthogonales, la réalisation préférée a illustré l'utilisation des fronts d'onde qui- s'in-tersectent orthogonalement. : Bien que l'on ait décrit dans ce quiprécède et représenté sur les dessins 40 J.es caractéristiques essentielles de l'invention, appliquées à des modes de 69 20448 6 2012814 réalisation préférés de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art pourrait y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. BÀD ORIGINAL 69 20448 7 2012814 REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'introduction de coordonnées caractérisé en ce qu'il comporte une plaque relativement mince dont deux dimensions permettent de définir un système de coordonnées sur la surface de la dite plaque; des premiers moyens 5 pour envoyer un premier train d'impulsions d8 lumière cohésente à une première vitesse de répétition a travers fedite plaque le long de l'une des dites deux dimensions, des seconds moyens pour envoyer un second train d'impulsions de lumière cohérente à une seconde vitesse de répétition à travers ladite plaque le long de l'autre desdites deux dimensions et des moyens de détection 10 arrangés de manière à pouvoir être placés à n'importe quel point dudit système de coordonnées de ladite surface pour détecter la lumière émise par ladite surface en réponse aux dits premier et second trains d'impulsions et pour engendrer un signal lorsqu'ils sont placés sur un point d'intersection d'une impulsion du premier train et d'une impulsion du second train. 15 2.- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ladite plaque est fabriquée dans un matériau photochromique. 3.- Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit matériau photochromique est du verre photochromique. 4.- Dispositif selon la revendication 2 dans lequel lesdits moyens de détec-20 tion comprennent en outre des moyens pour diriger de la lumière d'une première gamme d'onde sur ladite plaque, des moyens pour recevoir la lumière d'une seconde gamme d'onde venant de ladite plaque et des moyens pour engendrer ladite impulsion de sortie lorsque ladite lumière dans la seconde gamme d'onde est au-dessus d'un seuil d'intensité prédéterminé où la dite intensité prédéter-25 minée est supérieure à l'intensité résultant de l'interaction de ladite lumière dans la première gamme d'onde avec la lumière d'un seul desdits premier et second trains d'impulsion et est inférieure è l'intensité résultant de l'interaction de ladite lumière dans la première gamme d'onde avec la lumière de chacun desdits premier et second trains. 30 5.- Dispositif selon la revendication 1 comprenant en outre un système laser possédant une première et une seconde cavité résonnante, ladite première cavité engendrant ledit premier train d'impulsions à la dite première vitesse de répétition, la dite seconde cavité engendrant ledit second train d'impulsions à ladite seconde vitesse de répétition, lesdits premiers moyens pour engen-35 drer le dit premier train compEenant un système optique pour recevoir et pro 69 20448 8 '2012814 pager les impulsions de la première cavité et lesdits seconds moyens pour engendrer le dit second train comprenant un système optique pour recevoir et propager les impulsions de la dite seconde cavité. 6.- Dispositif selon la revendication 5 dans lequel le dit système laser com-5 prend un laser bidirectionnel possédant deux cavités. 7.- Dispositif selon la revendication 5 dans lequel le dit système laser comprend un premier laser oscillant dans ladite première cavité et un second, laser oscillant dans ladite seconde cavité. 8.- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ladite surface est dépolie.