Brevet FR2004725A1 — publié le 19691128

La présente invention concerne un appareil de mesure par voie optique, du type dans lequel un faisceau de rayons de mesure est dirigé sur un récepteur photo-électrique par l'intermédiaire d'un réflecteur dont les dimensions sont inférieures à celles de 5 la section transversale du faisceau. De tels appareils sont connus dans l'état antérieur de la technique. Dans une de ces réalisations est prévu un appareil pour la mesure de la densité de la fumée, dans lequel une source de lu-mièce émet deux faisceaux de rayons dans des directions opposées. 10 Ces faisceaux de rayons sont déviés de 902 par des miroirs de renvoi, de telle sorte qu'ils se propagent parallèlement entre eux et ils sont focalisés par des lentilles dans le plan d'un écran perforé. Cet écran présente deux séries de trous concentriques et il est disposé avec son axe excentri.quement aux faisceaux de telle 15 manière que l'un des faisceaux soit périodiquement libéré et interrompu, par l'une des rangées de trous et l'autre périodiquement libéré et interrompu par l'autre rangée de trous. Cette interruption se produit avec des fréquences différentes. Les deux faisceaux sont dirigés par des lentilles frontales 20 dans des directions essentiellement parallèles, chacun sur un réflecteur de renvoi. Les faisceaux renvoyés par les réflecteurs sont déviés par des miroirs à réflexion partielle disposés entre l'écran perforé et la lentille frontale et sont concentrés sur un récepteur de rayonnement commun. Dans cet appareil connu, on obtient dans le 25 plan du réflecteur, pratiquement à l'infini, une image du filament de lampe, avec la totalité de sa structure. Cela ne présente pas d'inconvénient lorsque la section transversale du faisceau est inférieure aux dimensions du réflecteur, parce qu'alors la totalité du faisceau incident est simplement ren-50 voyée sur elle-même par le réflecteur de renvoi, et tin léger décalage relatif éventuel entre faisceau et réflecteur n'a pas d'influence. Si, par contre, le réflecteur est plus petit que la section transversale du faisceau, il peut së produire, lors d'un décalage des positions relatives du faisceau et du réflecteur, un changement 35 considérable de l'intensité du faisceau renvoyé. Tout dépend alors de la partie particulière de l'image du filament de lampe produite par le faisceau lumineux qui est saisie par le réflecteur. La présente invention a, en conséquence, pour but de réaliser 69 08052 2 2004725 un appareil optique de mesure du genre mentionné, constitué de telle manière qu'un décalage relatif minime du faisceau et du réflecteur n'entraîne aucun changement du flux lumineux qui tombe sur le récepteur photo-électrique. 5 Conformément à l'invention, ce résultat est atteint avec un appareil caractérisé par un écran à diaphragme qui détermine l'ouverture du faisceau dirigé sur le réflecteur et dont l'image est formée dans le plan du réflecteur. On obtient alors, dans le plan du réflecteur, un éclairement 10 uniforme, étant donné que l'écran à diaphragme est uniformément éclairé. L'intensité du faisceau partiel saisi et renvoyé par le réflecteur ne subit alors aucune modification dans le cas où le réflecteur se déplace éventuellement par rapport au faisceau incident . 15 On obtient Tin éclairement uniforme de l'écran à diaphragme en prévoyant que la source de lumière rayonne de manière identique dans toutes les directions. Cette condition n'est pas remplie avec les sources de lumière usuelles, de sorte qu'il se produit une répartition irrégulière de l'intensité à travers la section 20 transversale du faisceau dans le plan de l'écran perforé à diaphragme. Il en résulterait, en conséquence, une répartition irrégulière de l'intensité dans le plan du réflecteur dans lequel est formée lrimage de l'écran à diaphragme. Un déplacement relatif du faisceau lumineux et du réflecteur conduirait alors à un certain changement 25 du flux lumineux renvoyé par le réflecteur et reçu par le récepteur. En vue d1 éliminer également cette influence, suivant une autre caractéristique de l'invention, des moyens absorbants de la lumière sont disposés dans le parcours du rayonnement entre une source de lumière productrice du faisceau de rayons de mesure et le 30 réflecteur., le degré de l'absorption à travers la section transversale du faisceau étant différent en dépendance du rayonnement irrégulier de la source de lumière. La description ci-après se rapporte à quelques modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs 35 et expliqués avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la fig. 1 montre une première forme de réalisation de l'invention schématiquement dans une vue en élévation latérale ï - la fig. 2 montre une seconde forme de réalisation de l'invention, dans une vue schématique en plan ; 69 08052 3 2004725 - la fig. 3 sert à l'explication de l'invention et montre le parcours de rayonnement dans l'état actuel de la technique ; - la fig. 4 montre en comparaison un parcours de rayonnement dans, le dispositif conforme à l'invention ; 5 - la fig. 5 montre, dans une vue en plan, une variante de la disposition de la fig. 1 ; - la fig. 6 montre un détail de la disposition de la fig. 5 ; - la fig. 7 montre, dans une vue partielle, une variante de 1a. disposition de fig. 1, dans laquelle d'autres éléments sont 10 prévus pour la mesure de comparaison de 1'éclairement de l'image de l'écran à diaphragme dans le plan du réflecteur, et - la fig. 8 montre une forme modifiée de la lentille de condenseur dans le mode de réalisation suivant la fig. 7. la source de lumière est constituée par une lampe 1£ pourvue 15 d'un filament 1_2. Avec la lumière émise par le filament J_2, on produit, au moyen d'une première lentille de condenseur 14. un faisceau de lumière parallèle 1_6, qui est délimité au moyen d'un écran à diaphragme A. Derrière l'écran à diaphragme A est disposé un miroir semi-translucide 18, incliné à 45a sur l'axe du faisceau. 20 Ce miroir j_8 partage le faisceau lumineux 16 en un faisceau de mesure 20 qui le traverse et un faisceau réfléchi de comparaison 22. Dans le parcours du faisceau de mesure 20 est disposée une seconde lentille de condenseur 24. le système optique de condenseur formé par l'association des deux lentilles et 2^ forme une image 25 du filament J_2 (Y) en Y*. Dans le plan de l'image du filament est monté un diaphragme de champ 26 qui ne saisit que le noyau du filament, de telle sorte que ses parties pltis froides ne sont pas utilisées. On obtient ainsi un éclairement uniforme de l'écran de champ 26. 30 l'image Y^_ du filament est formée sur une lentille frontale ^2 en P au moyen d'un micro-objectif 28 constitué par les lentilles 22 et 20. l'ouverture d'écran A a son image formée dans le plan A* par la lentille de condenseur 24 et le micro-objectif 28. Ce plan 35 A[ a son image formée, par la lentille frontale ^2, en AV_ dans le plan d'un miroir de renvoi ^4, et ceci de telle manière que les dimensions de l'image AV_ de l'ouverture .d'écran soient nettement plus grandes que celles de réflecteur de renvoi 34. • 69 08052 4 ^ ^ g ^ ^ L'image de renvoi du réflecteur J4 se produit en A"s sur un élément photoélectrique 40, par l'intermédiaire de la, lentille 52 ainsi que d'un système optique constitué par des lentilles t. L 56» Le parcours de renvoi du faisceau rencontre un miroir semi-trans-5 lucide 42 incliné à 452 sur l'axe du faisceau et un miroir de renvoi 44. Le faisceau de comparaison 22 est à nouveau dévié de 903 par un miroir 46, de sorte qu'il se propage parallèlement au faisceau de mestire 20. Une troisième lentille de cOxiliri±o*eur 48 plauôw 10 dans le parcours du faisceau de comparaison produit une image du filament dans le même plan qu'est produite l'image de filament Y" dans le parcours du faisceau de mesure. Directement derrière le plan des images de filament est placé un écran perforé £0 qui est entraîné en rotation par un moteur 15 £2 et qui présente deux séries concentriques de trous et £6. le parcours du faisceau de rayonnement de mesure s'étend dans le ■sas*. domaine relatif à l'une des séries de trous. Dans le domaine relatif à l'autre série de trous se propage le faisceau de rayonnement de comparaison. Les deux faisceaux sont modulés en forme de sinu-20 soïde par les rangées de trous, la modulation étant différente pour les deux faisceaux, de sorte que les signaux de récepteur correspondants peuvent être à nouveau séparés électriquement derrière le détecteur 40. ~~ Le parcours du faisceau de comparaison est identique à celui 25 du faisceau de mesure. Il contient également un micro-objectif 58. ainsi qu'au lieu de la lentille frontale , un miroir concave 60-. 0e miroir concave 60 produit un parcours de rayonnement à auto-collimation. Le faisceau de retour est dévié au moyen d'un miroir 62 semi-translucide incliné "de 45- sur l'axe du faisceau et, au 30 moyen d'un autre miroir translucide 64 placé dans la. biseastriee des axes des faisceaux, entre la lentille 26 et le miroir de déviation 44, il forme une image coaxiale dans le parcours du faisceau . de mesure. De cette manière, on obtient que le faisceau de mesure et le faisceau de comparaison tombent géométriquement de manière ahso- 35 lument analogue sur le récepteur de rayonnement 40. Avec cette disposition, la sensibilité du récepteur n'est donc aucunement dépendante de la direction. Egalement, avec cette disposition, l'influence d'un changement de la répartition spatiale de la lumière de la source lumineuse 1_0 est exclue, car le faisceau BAD ORIGINAL 69 08052 5 2004725 de mesure et le faisceau, de comparaison sont émis par la source lumineuse exactement dans la même direction. Dans le mode de réalisation de la fig. 2, il est prévu une source de lumière 66 avec un filament 68. A partir de la lumière 5 émise par le filament 68, on isole, et on dirige parallèlement, au moyen d'une lentille de condenseur 70, un faisceau lumineux. Ce faisceau lumineux tombe sur un miroir semi-translucide 72 incliné à 45a sur l'axe du faisceau. Il en résulte deux faisceaux partiels, à savoir le faisceau traversant 74 et le faisceau réfléclii 76. le 10 faisceau réfléchi 76 est dévié au moyen d'un miroir 78 dans une direction à 902 de la lumière incidente. Le faisceau traversant 74 est dévié, à deux reprises, de 902 chaque fois, au moyen de deux miroirs 80 et 82, de sorte que finalement les deux faisceaux se propagent en directions parallèles entre elles. 15 Dans les parcours des deux faisceaux sont disposées des lentilles de condenseur 8^ et 86 respectivement. De manière analogue à la disposition de la fig. 1, elles produisent des images du filament 68, juxtaposées entre elles, devant un disque 88 pourvu de deux rangées concentriques de trous, qui est entraîné en rotation 20 par un moteur ,20. L'une des rangées de trous passe à travers le parcours du faisceau 76, tandis que l'autre rangée de trous 24 passe à travers le parcours du faisceau 74. Les deux faisceaux sont ainsi modulés de manière différente. Au moyen de deux micro-objectifs %6_ et 2®» analogues aux objectifs 25 28 et £8 de la fig. 1, on forme deux images du filament de source lumineuse, chacune sur l'une de deux lentilles frontales 100 et 102. Comme dans la disposition de la fig. 1, on peut former l'image d'un écran à diaphragme dans chacun des plans d'un miroir de renvoi 104 et 106. respectivement, dans le parcours de chaque faisceau, 30 l'image du diaphragme d'écran étant nettement plus grande que les dimensions du miroir de renvoi en question 104 ou 106. Chaque faisceau renvoyé sur lui-même est dévié vers l'intérieur au moyen chaque fois d'un miroir semi-translucide 108 ou 110 incliné à 452 sur l'axe du faisceau en question et tombe sur un des côtés 112 èt 35 114 d'un miroir prismatique à deux pentes, formés par exemple par les faces extérieures réfléchissantes d'un prisme triangulaire. A partir de ces faces réfléchissantes, 112 et 114. les deux faisceaux sont renvoyés, sensiblement sous le même angle, et presque perpendi 69 08052 6 2004725 culairement sur un récepteur de rayonnement 116. La différence entre les dispositions conformes à l'invention décrites ci-dessus et celles de l'état antérieur de la technique est mieux visible par une comparaison entre les fig. 3 et 4 f 5 dans lesquelles la fig.' 3 montre une disposition antérieurement connue et la fig. 4 une disposition conforme à l'invention. Dans la disposition connue de la fig. 3, le filament de lampe Y a son image formée par une lentille en dans le plan d'un disque perforé. L'image Y^_ se trouve dans le plan de foyer de la 10 lentille frontale et cette dernière produit une image de filament Y" à l'infini où est pratiquement disposé le réflecteur. L'ouverture de diaphragme A est formée par les trous du disque, à la manière d'une chambre photographique en A|_ sur la lentille frontale. L'inconvénient d'une telle disposition réside en ce que le 15 faisceau représente à l'infini, c'est-à-dire dans le plan du réflecteur, la structure du filament. En conséquence, pour obtenir une certaine indépendance à l'égard de la position, il est nécessaire que le réflecteur soit d'une dimension supérieure à celle de la section transversale.du faisceau. 20 Dans la disposition conforme à l'invention représentée dans la fig. 4, l'image du filament Y est formée par les lentilles 1^ et 24 en peu en avant du disque perforé, qui est placé au foyer du micro-objectif. Ce micro-objectif 28 donne l'image de Y* en Y" sur la lentille frontale, tandis qu'une ouverture' d'écran A a son 25 image formée en par la lentille 2£ et le micro-objectif 28 et en A^ à l'infini dans le plan du réflecteur 34, par la lentille frontale 32. En vue de faciliter le positionnement correct de la partie émetteur-rééepteur de la fig. 1 par rapport au réflecteur 21» on 30 peut prévoir un dispositif optique d'ajustement tel que celui représenté en plan dans les fig. 5 et 6. Entre le miroir semi-translucide 42 et la lentille 22 es"k placé un miroir 118 incliné sur le parcours du faisceau. Ce miroir dévie le faisceau vers l'avant de la fig. 1, de sorte qu'une image du réflecteur est formée dans le 35 plan d'un écran 120. Cet écran 120 porte une marque de référence 122 (fig.6) et il peut être observé au moyen d'une loupe 124. L'appareil est réglé de telle manière que l'image du réflecteur apparaît comme une tache lumineuse concentriquement à la marque de 69 08052 7 2004725 référence. La fig. 7 montre une disposition analogue à celle de la fig. 1, avec des moyens pour une autre mesure de comparaison de 1'éclairement dans le plan du réflecteur. Dans de telles dispo-5 sitions, sont non seulement supprimées les influences de la structure du filament, mais également les influences de la dépendance de la direction du rayonnement émis par la source, lesquelles se manifestent par une déformation de l'image de l'ouverture. Les dispositions décrites conformes à l'invention peuvent 10 être utilisées dans différents appareils. Par exemple, elles peuvent avantageusement être employées dans des appareils de mesure de densité de fumée, appareils de mesure de distances de vue et appareils optiques de surveillance de grues ou analogues. On peut exécuter ces dispositions comme pièces de constructions fermées 15 sur elles-mêmes, qui peuvent trouver emploi sous une forme pratiquement inchangée pour différents types d'appareils, ^-"emploi de tels groupes optiques de construction utilisables dans différents appareils permet une construction rationnelle des divers types d'appareils. 20 Les moyens absorbants de la lumière pour la mesure compara tive de 1'éclairement peuvent être utilisés non seulement sur l'appareil de mesure optique décrit précédemment. Même dans le cas de projecteurs qui servent à produire des images réelles de grandes dimensions et de grandes intensités de lumière à l'aide de 25 petites images sur film ou sur verre (par exemple diascopie, cinématographe), on obtient par ces dispositions, un éclairement encore plus uniforme de l'image. 69 08052 8 2004725 - REVENDICATION S- 1.- Appareil optique de mesure, du type dans lequel un faisceau de rayonnement de mesure est dirigé par l'intermédiaire d'un réflecteur sur un récepteur photo-électrique, dont les dimensions 5 sont plus faibles que celles de la section transversale du faisceau - caractérisé par un écran à diaphragme qui détermine lfouverture du faisceau dirigé sur le réflecteur et dont l'image est formée dans le plan du réflecteur. _ 2.- Appareil optique de mesure suivant la roTsndication ï } — 10 du type dans lequel un faisceau de rayonnement de mesure et-un" faisceau de rayonnement de comparaison, émanant d'une source lumineuse commune sont modulés de manière différente par un disque perforé rotatif, et concentrés dans des parcours de rayons à auto-coHmation, par l'intermédiaire de miroirs semi-translucide s s sur 15 un récepteur de rayonnement commun, - appareil caractérisé en ce qu'un faisceau lumineux unique provenant de la source lumineuse est divisé, au moyen d'un miroir semi- translucide incliné sur l'axe du faisceau, en un faisceau de mesure et un faisceau de comparaison, les faisceaux renvoyés par le miroir, tombant, au 20 moins approximativement dans la même direction, sur le récepteur de rayonnement commun. 3.- Appareil optique de mesure à deux rayonnements conforme à la revendication 2 - caractérisé en ce que les faisceaux renvoyés de mesure et de comparaison tombent sur le récepteur de 25 rayonnement en étant superposés sur le même axe au moyen d'un miroir semi-translucide. 4.- Appareil optique de mesure à deux rayonnements conforme, à la revendication 3 - caractérisé en ce que la source lumineuse a son image formée, par un dispositif optique condenseur disposé 30 dans le parcours du faisceau de mesure, sur un écran de champ qui ne laisse traverser que le rayonnement des parties centrales de la lampe qui ont une émission lumineuse uniforme, le disque perforé étant disposé tout près derrière cet écran de champ. 5.- Appareil optique de mesure à deux rayonnements conforme 35 à la revendication 4 - caractérisé en ce que l'image de l'écran de champ placé dans le parcours du faisceau de mesure est formée par un micro-objectif sur une lentille frontale, le dispositif optique condenseur contenant une première et une seconde lentille, entre BAD ORIGINAL 69 08052 9 2004725 lesquelles s'étend un parcours de rayonnement parallèle, dans lequel un écran à diaphragme et derrière lui un miroir semi-translucide incliné sur l'axe de faisceau servent à diviser le faisceau de 1a. première lentille en un faisceau de mesure traversant 5 et un faisceau de comparaison réfléchi, 1'écran à diaphragme ayant son image formée, par l'intermédiaire d'une image intermédiaire, par la seconde lentille du dispositif optique condenseur et le micro-objectif, au moyen de la lentille frontale, sur un miroir de renvoi disposé dans le parcours du faisceau de rayonnement de 10 mesure. 10.- Appareil optique suivant les revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens absorbants de la lumière sont constitués de telle manière, en allant de l'axe optique vers le bord du faisceau, que le degré d'absorption soit déterminé sui- 15 vant une fonction à symétrie de rotation. 11.- Appareil optique suivant l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que, sur les lentilles du dispositif optique condenseur, sont placées d'autres lentilles en une matière absorbante de la lumière. 20 12.- Appareil optique suivant la revendication 9, caracté risé en ce que les moyens optiques sont formés par une lentille du dispositif optique condenseur qui est constituée au moins partiellement en une matière absorbante de la lumière, le degré d'absorption, à travers la section transversale du faisceau, étant 25 déterminé par la forme de la lentille absorbante de la lumière.