Brevet FR2203985A1 — publié le 19740517

La présente invention a pour objet un dispositif de guidage par réflexion de l'énergie rayonnée, notamment applicable à un système de détection d'information optique. En général, un système de détection destiné à lire une information comportant une pluralité de signaux optiques est constitué par un support sur lequel sont placés un ensemble de surfaces photosensibles, au moins autant que de signaux à détecter, et des moyens de connexion de chacune de ces surfaces à la périphérie du système, permettant l'accès aux surfaces photosensibles indépendamment les unes des autres ; il existe donc un taux X repré- sentant la surface utile de détection du système par rapport à la surface totale de ce système , taux très inférieur à 100 %, de l'ordre de 30 à 40 ffi par exemple. les signaux optiques à détecter, correspondant de façon biunivoque aux surfaces photosensibles, peuvent au contraire avoir, projetées sur le plan du système de détection, un rapport 5 ' = surface occupée par les signaux/surface totale du système voisin de 100 %, rien en effet ne nécessitant que soit ménagé un espace important entre deux de ces signaux.La puissance optique détectée se trouve, dans ces conditions, etre très inférieure à la puissance optique des signaux projetés sur le système de détection, dans un rapport égal à la présente invention a pour objet un dispositif optique de guidage de l'énergie rayonnée par réflexion,notamment applicable à un système de détection comportant une pluralité d'éléments actifs, constitué par un ensemble d'éléments réflecteurs tronconiques ayant pour role de condenser 1 'énergie rayonnée incidente vers chacun desdits éléments actifs de détection, assurant ainsi un gain dans la puissance du signal détecté.Plus précisément, chaque élément réflecteur du dispositif selon l'invention est un tronc de cône droit dont la petite base est placée sur un desdits éléments actifs et coSncide avec celui-ci et dont la grande base coïncide avec la configuration géométrique de la projection du signal constituant partie de l'information à lire et correspondant à l'élément actif considéré. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci après et des figures qui s'y rapportent, parmi lesquelles - la figure 1 représente un exemple de système de détection d'énergie rayonnée - la figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif de guidage selon l'invention - la figure 5 est un schéma géométrique explicatif - la figure 4 représente une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure i représente un exemple de système de détection d'énergie rayonnée, constitué par une pluralité d'éléments actifs sur un support 1 isolant sont déposés des éléments actifs de détection 2, constitués par des éléments photoélectriques dans le cas où l'énergie rayonnée représente une information optique, reliés chacun par une connexion électrique 3 i des bornes 4 situées sur la périphérie du système, autorisant l'accus à chaque élément 2 indé pendamment les uns des autres. Les éléments actifs 2 ont une même surface, égale à al. a2 ; ils sont disposés au pas b1 horizontalement et b2 verticalement.On définit, ainsi qu'il est dit plus haut, le taux # par le rapport : surface utile de détection/surface totale a1détection/surface . a2 du système, égal ici àb1 . b2 ; ce taux est bien entendu d'autant plus faible que le système de détection comporte beaucoup d'éléments 2, à cause de l'encombrement des connexions 3. Dans certaines applications d'un tel système de détection, l'information optique projetée sur sa surface est constituée par des signaux élémentaires, détectés chacun par un élément photoélectrique 2 ; ces signaux sont en général adjacents, c'est-à-dire qu'ils occupent chacun une surface égale à b1 . b2. Il s'en suit une perte de puissance entre le signal optique projeté (puissance optique notée Pi) sur la surface du système et le. signal détecté (puissance optique notée le dispositif selon l'invention,dont un mode de réalisation est représenté figure 2, permet d'éviter cet inconvénient dA à la fai blesse du taux # relatif au système de détection.Ce dispositif est constitué par un support 10, isolant, sur lequel est placé un matériau 5 oh sont découpés ies éléments réflecteurs 6 qui sont des troncs de cône droits dont la petite base est repérée 7 et la grande base 8, et dont les parois 9 sont réfléchissantes. Un tel dispositif peut Entre réalisé à l'aide d'une plaque métallique, telle que du cuivre, percée dé trous tronconiques dont les parois (9) sont polies, électrolytiquement par exemple. le système de détection de la figure t est également représenté ici par le support 1 et les éléments photodétecteurs 2 ; tou tefoie, pour la clarté du dessin, les connexions 3 nty figurent pas. les éléments réflecteurs 6 sont disposés et construits de telle sorte que leur petite base 7 soit en vis-à-vis d'un élément de détection 2 et ait une superficie du meme ordre de grandeur, et que leur grande base 8 ait une superficie du meme ordre de grandeur que la surface b1. b2 occupée par le signal lumineux à détecter, avec les notations définies ci-dessus (figure 1). Dans un mode de réalisation préféré, adapté à un système de détection où les éléments actifs 2 sont carrés (a1 = a2 = a) et placés à un pas constant (b1 = b2 = b), les éléments réflecteurs 6 ont pour petite base un cercle, de diamètre'#d1 inscrit dans le carré de côté a (d1 = a), leuzgrandes bases#étant adjacentes, inscrites dans le carré de côté b, ce qui permet de condenser la lumière de signaux optiques, se projetant sur l'ensemble de la surface du système de détection, vers la surface occupée par les seuls éléments actifs, cest-i-dire, en %, 52 = a2 2 de la surface totale. La figure 3 est un schéma explicatif représentant différents trajets de rayons lumineux, dans un élément réflecteur 6, suivant l'angle d'incidence de ceux-ci. Sur cette figure sont représentés en coupe : un élément réfecteur 6, d'axe de révolution 33 la couche isolante 10, un élément de détection 2, et le support 1 du système de détection.Deux rayons lumineux incidents, 31 et 32,re prdsentent les deux types de trajets possibles pour des rayons lumi neux tombant sur la grande base (8) de l'élément 6, suivant leur angle d'incidence : le premier type de trajet, illustré par le faisceau 31 rencontrant la base 8 avec un angle #, correspond au cas où 11 énergie lumineuse émerge, après plusieurs réflexions sur les parois 9, sur la petite base 7 avec un angle #2, et est ainsi transmise à l'élément photodétecteur 2 ; le second type de trajet est illustré par le faisceau 32, représenté pour la clarté de la figure entiretés, dont l'angle d'incidence @5 sur la base 8 est supérieur à l'angle @ et supérieur à un angle limite #1 ; ce fais- ceau change de direction après un certain nombre de réflexions sur les parois 9, émerge de l'élément 6 par la grande base 8, et n'est jamais détecté par le photodétecteur 2. le calcul montre que l'angle limite 4 est fonction du rapport-des rayons ~des bases 7 et 8 ; on obtient en effet,#pour des rayons lumineux dits méridiens, ctest-à- dire rencontrant l'axe 33, sin #1 = ## . Si les rayons lumineux constituant les signaux optiques ~ro- jetés sur la surface des grandes bases 8 ont, sur cette surface, un angle d'incidence inférieur à #1, la puissance optique détectée par chacun des éléments 2 devient La puissance détectée est ainsi rendue d'une part très voisine de la puissance incidente Pi, d'jutant plus que la surfacer.d2/4 sera voisine de la surface b1 .b2 sur laquelle est projetée le signal optique, et d'autre part indépendante du taux r de surface utile au système de détection. C'est ainsi que si bt = b2 = b et si le diamètre a2 est choisi égal à b, on obtient, à l'aide du dispositif selon l'invention, un gain A titre d'exemple non limitatif, un dispositif selon l'invention adapté à un système de détection constitué par une matrice de dix photodétecteurs carrés de a = 0,06 pouce de côté, placé au pas b1 = b2 = 0,1 pouce avec untauxt=36 %, est constitué par une matrice de dix éléments réflecteurs tronconiques de grand diamètre d2 = b = b = 0,f pouce, de petite diamètre dt =a = 0,06 pouce et de hauteur égale à 2 mm.Un tel dispositif permet un gain G égal # 1 à : G = 4 . # = 2,18 ; les valeurs trouvées expérimentalement, pour des angles d'incidence # Inférieurs à l'angle limite Gls sont légèrement inférieures à la valeur théorique du fait des pertes dues aux réflexions à l'intérieur du cône 6, pertes négligées lors de l'établissement de la formule ci-dessus. La figure 4 représente une vue en coupe d'une variante de réalisation du dispositif selon l'inventiZon : sur le système de détoction, représenté par son support 1 et ses éléments actifs 2,est placé le dispositif de guidage constitué par des troncs de cônes 46, pleins, portés par un support 40, avantageusement réalisable en un même matériau transparent 45, les faces latérales 49 des troncs de cônes 46 sont rendues réfléchissantes afin de constituer des éléments analogues aux éléments rdflecteurs 6 de la figure 2. Comme précédem- ment, les petites bases (47) des troncs de cônes 46 sont placées en vis-à-vis des détecteurs 2 et les signaux constituant l'information à détecter sont projetés sur les grandes bases (48) de ces troncs de cône. Dans la description ci-dessus, et pour plus de commodité, le dispositif selon l'invention a été représenté plan, adapté à un système de détection plan ; est bien entendu inclus dans l'invention un dispositif adapté à un système de détection qui n'est pas plan, mais dont le support est une surface gauche dans l'espace. Ce dispositif est applicable généralement au guidage d'énergie rayonnée dont la longueur d'onde peut nitre pas comprise dans le spectre visible ; il est plus particulièrement applicable à tout système de photodétection réalisé à l'aide d'éléments actifs dont la surface est inférieure à l'étendue géométrique des signaux opti ques à détecter ; un exemple d'application de ce dispositif est la détection d'un plan de signaux binaires. REVENDICADIONS t. Dispositif de guidage de l'énergie rayonnée par réflexion, notamment applicable à un système de détection d'information optique, ledit système de détection comportant une pluralité d'éléments actifs, caractérisé par le fait qu'il comporte une face d'entrée et une face de sortie de l'énergie rayonnée et qu'il est constitué par un ensemble d'éléments réflecteurs (6) tronconiques, dont les petites bases (7),constituant ladite face de sortie, sont placées respectivement en vis-à-vis desdits pbotodétecteurs (2), condensant, par réflexion sur leurs parois, l'énergie rayonnée portant ladite information sur lesdits éléments actifs (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, ladite information étant constituée par une pluralité de signaux indépendants détectés respectivement par lesdits éléments actifs (2), les grandes bases (8) desdits éléments réflecteurs (6), constituant ladite face de sortie, ont une surface sensiblement égale à celle de la projection desdits signaux sur ladite face de sortie. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits éléments réflecteurs (6) sont des troncs de cônes droits, dont les petites bases ont une surface sensiblement égale à celle desdits éléments actifs (2). 4. Dispositif selon la revendication i, caractérisé par le fait qu'il est constitué par une plaque métallique percée de trous tronconiques dont les parois sont polies de façon à réfléchir l'éner- gie rayonnée. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un matériau transparent (45) comportant un support (40) et des reliefs tronconiques (46) dont les parois (49) sont recouvertes d'un matériau réfléchissant. 6. Système de détection d'information optique, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de guidage de l'énergie rayonnée selon l'une des revendications précédentes.