Brevet FR2126447A1 — publié le 19721006

L'invention est relative à une tête réceptrice pour un dispositif optique de mesure de vitesse à corrélation pour la mesure de la vitesse relative entre cette tête et une surface disposée en face d'elle, fondée sur la comparaison de la lumière réflé-5 chie par deux éléments de surface éclairés qui se déplacent a la suite l'un de l'autre sur une trajectoire, fixe par rapport à la tête réceptrice, portée par ladite surface. De tels dispositifs de mesure de vitesse à corrélation sont connus. La lumière réfléchie par les éléments de surface est 10 reçue par deux convertisseurs photoélectriques et produit deux signaux: , constitués par une tension électrique, qui ont le caractère d'une tension de bruit. Ces deux tensions ont la même" forme mais sont décalées du temps mis pour parcourir la distance entre les deux éléments de surface à la vitesse considérée. 15 La tension reçue de l'élément de surface antérieur est retardée de telle manière que le produit intégré de la valeur instantanée des deux tensions devienne minimal (corrélation). Le temps de retard ainsi obtenu fournit la vitesse relative entre la tête réceptrice et la surface disposée en face d'elle. Le procédé de 20 mesure est décrit par exemple dans le brevet anglais n° 964.581. L'invention fournit une tête réceptrice qui est facile à monter et. est peu fragile enjservice, et qui fournit des signaux particulièrement contrastés. Cette tête est caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une source de lumière, destinée 25 à émettre des faisceaux lumineux intenses, un système de lentilles à un seul objectif qui envoie les faisceaux lumineux sur les deux éléments de surface précités et à l'aide duquel une partie de la lumière réfléchie par chacun des deux éléments de surface est amenée à un convertisseur photo-électrique correspondant, 30 et un diviseur de faisceau pour séparer les faisceaux incidents et réfléchis. La réunion, dans une même tête réceptrice, des faisceaux émis et réfléchis par les deux éléments de surface, fournit une tête réceptrice de dimensions moindres, qui contient moins de matériels et qui est plus facile à installer et à 35 entretenir qu'une paire de têtes réceptrices avec deux sources de lumière et deux objectifs. D'autre part, la distance des deux éléments de surface ne peut varier. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide de trois de ses modes de réalisation, pris à titre illustra-40 tif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés 72 06582 2 2126447 dans lesquels : - la figure 1 représente un dispositif à deux sources de lumière , - la figure 2 représente un dispositif à une seule source 5 de lumière et à prisme double monté sur le faisceau lumineux émis et, - la figure 3 représente un dispositif à une seule source de lumière et à deux prismes polariseurs. La figure 1 représente le trajet des faisceaux lumineux 10 dans une tête réceptrice à deux sources de lumière. On a désigné par 1 une surface, par exemple la surface supérieure d'un rail de chemin de fer, par rapport à laquelle la tête d'éclairage et réceptrice est déplacée horizontalement de gauche à droite ou de droite à gauche. Cette tête contient deux sources 15 de lumière 2 et 3, qui peuvent être constituées par des lasers à semi-conducteurs, qui ont une très faible surface émis-sive. Des deux sources de lumière, l'objectif 5 forme une image sur les deux éléments de surface 6 et 7 qui sont disposés sur la surface précitée sur une même trajectoire suivant la direc-20 tion de déplacement. Ces éléments de surface sont donc fixes par rapport à la tête réceptrice et se déplacent le long de la surface supérieure du rail. Si par exemple la tête réceptrice se déplace de gauche à droite, ce qui est indiqué par une flèche, les éléments de surface 6 et 7 viennent successivement, avec un 25 écart dans le temps dépendant de leur distance et de la vitesse relative de la tête réceptrice par rapport à la surface, se placer en un même emplacement de cette surface. De l'élément de surface 6, l'objectif 5 et le diviseur de faisceau 4 forment une image sur le convertisseur photo-électrique 8 ; de même de 30 l'élément de surface 7 est formée une image sur le convertisseur photo-électrique 9. Dans ces convertisseurs sont engendrés des signaux électriques, constitués par des tensions, qui sont acheminés par les conducteurs 10 et 11 à un montage électronique de mesure, non représenté sur la figure. Le diviseur de 35 faisceau peut être constitué par un miroir semi-transparent ou par des baguettes réfléchissantes décalées l'une par rapport à l'autre (chevrons) ou par tout autre dispositif connu. La figure 2 représente le trajet des faisceaux dans une tête réceptrice à une seule source de lumière 12. De cette source 40 le diviseur de faisceau 24 et l'objectif 25 forment une image 72 06582 3 2126447 sur le plan 21. Le double prisme 13 sépare en deux le faisceau lumineux issu de la source de lumière 12, de sorte qu'il se forme sur le pim 21 deux imaaes 26 et 2 7 de la source de lumière. De ces images, la lentille 25 et le miroir semi-réflecteur 24 5 forment des images sur les deux convertisseurs photo-électriques 28 et 29 reliés par des conducteurs 30 et 31 au montage électronique de mesure. Le mode de fonctionnement de ce dispositif est le même que celui de la figure 1. L-' figure 3 représente un autre dispositif à une seule 10 source de lumière 42. Cette source est constituée par un laser. Le faisceau issu de ce laser traverse un prisme polariseur 43 qui divise le faisceau en deux faisceaux 54 et 55. Un tel pola--riseur peut être constitué par un prisme de Wollaston ou de Rochon. Les deux faisceaux émergents sont polarisés dans des 15 plans perpendiculaires ; ils traversent le diviseur de faisceau 44 et sont focalisés par l'objectif 45 suivant les deux éléments de surface 46 et 47 disposés sur la surface 41. La lumière est partiellement réfléchie sans modification de la direction des plans de polarisation. Les faisceaux réfléchis, 20 après réflexion sur le diviseur de faisceau 44, traversent un second prisme polariseur 5 3. Celui-ci divise de nouveau les faisceaux en deux parties dont l'une tombe sur le convertisseur photoélectrique 48, l'autre sur le convertisseur photo-électrique 49. L'orientation de ce prisme polariseur est choisie de telle 25 manière que seules les fractions de faisceau qui ont la même direction de polarisation que le faisceau 54 arrivent au convertisseur photo-électrique 48 et que seules les fractions de faisceau qui ont 1r même direction de polarisation que le faisceau 55 arrivent sur le convertisseur photo-électrique 49. Les 30 convertisseurs ront reliés par des conducteurs 50 et 51 au montage électronique de mesure non représenté sur la figure. D,-sns le trajet optique représenté sur la figure 3, le faisceau h l'entrée du premier prisme polariseur a un très faible diamètre, ce oui peut être obtenu à l'aide d'un diaphragme 35 46 ou par un système optique. Le diviseur de faisceau 44 peut, dans ce cas, être constitué par un miroir muni de deux petits trous 56, 57. L'objectif 45 rend parallèles ces deux faisceaux qui tombent sur les éléments de surface 46 et 47 de la surface 41. Du fait que ces faisceaux sont parallèles, la distance 1_ 40 des deux éléments de surface ne dépend pas de la distance de la 72 06582 4 2126447 surface 41 à l'objectif 45. Par suite de l'orientation précitée du second prisme polariseur 5 3, le convertisseur photo-électrique 48 ne reçoit que de l'énergie lumineuse issue de l'élément de surface 46 et le 5 convertisseur photo-électrique 49 ne reçoit que de l'énergie lumineuse issue de l'élément de surface 4 7 (abstraction faite de l'éclairage possible des éléments de surface par de la lumière parasite qui est faible toutefois par rapport à l'éclairage provenant de la tête réceptrice et qui est encore affaiblie 10 par sa polarisation à travers le second prisme polariseur). C'est pourquoi aussi il n'y a pas d'inconvénient à ce que de la lumière provenant d'une image optique floue parvienne de l'élément de surface 46 au convertisseur photo-électrique 49. Cette lumière est atténuée par le second prisme polariseur 5 3. 15 Pour cette raison aussi le dispositif est insensible aux variations de distance de la surface 41 à l'objectif 45. Dans le dispositif optique représenté sur la figure 3, on peut utiliser aussi un autre trajet de faisceaux (non représenté sur les figures) de telle manière qu'on ait un faisceau plus lar-20 ge a l'entrée du premier prisme polariseur 4 3 et que les faisceaux issus du prisme soient focalisés par l'objectif 45 en deux points de la surface 41. On sait que des faisceaux de laser peuvent être focalisés selon une tache extrêmement fine de sorte que, par exemple, les 25 éléments de surface éclairés 46 et 4 7 peuvent avoir un diamètre inférieur à 100 microns. Aussi peut-on réduire très fortement la distance entre les deux éléments de surface, par exemple jusqu'à 1 mm et même moins. Dans ces conditions, le temps de parcours entre ces deux emplacements est suffisamment petit 30 pour que les composantes du mouvement de l'appareil récepteur, qui ne coïncident pas avec la direction moyenne de progression, n'ont plus aucune importance. D'autre part, l'utilisation de faisceaux laser, par suite de leur cohérence et de la petitesse des points lumineux, augmente considérablement le contraste de 35 la lumière réfléchie par rapport à l'exploration de surfaces plus grandes, ce qui facilite l'exploitation des signaux. Par suite de la petitesse de la distance _1.» il est difficile de séparer par une optique fournissant une image les faisceaux issus des éléments de surface 46 et 47, tandis qu'il est possible de 40 séparer, en raison de leur différence de polarisation, les deux 72 06582 5 2126447 faisceaux, même pour des distances de l'ordre du diamètre des éléments de surface, ceci sans difficultés de réglage. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de 5 ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes . Il est évident en particulier que dans tous les dispositifs décrits ci-dessus on peut échanger les positions des sources 10 de lumière et des convertisseurs photo-électriques, de sorte que les convertisseurs photo-électriques viennent se placer à proximité de l'axe de l'objectif et la source de lumière sur un axe perpendiculaire à celui-ci. Sur la figure 3, on devrait alors utiliser , à la place du miroir muni de petits trous, 15 deux très petits miroirs qui devraient être légèrement supérieurs au diamètre des faisceaux . 72 06582 6 2126447 REVENDICATIONS 1. Tête réceptrice pour un dispositif optique de mesure de vitesse à corrélation pour la mesure de la vitesse relative entre cette tête et une surface disposée en face d'elle, fondée 5 sur la comparaison de la lumière réfléchie par deux éléments de surface éclairés qui se déplacent à la suite l'un de l'autre sur une trajectoire, fixe par rapport à la tête réceptrice portée par ladite surface, comportant au moins une source de lumière, destinée à émettre des faisceaux lumineux intenses, un 10 système de lentilles à un seul objectif qui envoie les faisceaux lumineux sur les deux éléments de surface précités et qui reçoit la lumière réfléchie par ces deux éléments de surface et un diviseur de faisceau pour séparer les faisceaux émis et réfléchis, laquelle tête réceptrice est caractérisée en ce que le 15 dispositif optique conduit respectivement la lumière reçue par l'objectif et provenant du premier et du second éléments de surface, à un premier et à un second convertisseurs photoélectriques. 2. Tête réceptrice selon la revendication 1, caractérisée 20 en ce qu'entre la source de lumière et l'objectif est disposé un prisme polariseur qui divise la lumière provenant de la source de lumière en deux faisceaux dont les plans de polarisation sont perpendiculaires, lesquels faisceaux sont amenés par l'objectif respectivement sur chacun des deux éléments de surface. 25 3. Tête réceptrice selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'entre le diviseur de faisceau et les convertisseurs photo-électriques est disposé un second prisme polariseur, lequel amène les deux faisceaux provenant du premier et du second éléments de surface et polarisés suivant des plans perpendicu-30 laires, respectivement sur le premier et sur le second convertisseurs photo-électriques et affaiblit la lumière diffusée provenant du premier et du second éléments de surface et tombant respectivement sur le second et sur le premier éléments de surface. 35 4. Tête réceptrice selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 3, caractérisée en ce que les faisceaux divergents sortant du premier prisme polariseur sont transformés par l'objectif en deux faisceaux parallèles. 5. Tête réceptrice selon l'une quelconque des revendica-40 tions précédentes, caractérisée en ce que les deux faisceaux émis 72 06582 7 2126447 sont focalisés sur les éléments de surface. 6- Tête réceptrice selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments de surface éclairés par l'objectif ont un diamètre inférieur à 10C nierons et sont espacés de moins de 1 mm.