Brevet FR2297404A1 — publié le 19760806

La présente invention concerne un dispositif de lecture destiné à un instrument de mesure. La lecture de la position d'un instrument de mesure est souvent réalisée par utilisation de réseaux de diffraction destinés à former des franges de moiré, d'une cellule photosensible destinée à détecter les franges et d'un circuit électronique qui compte les franges et transforme le nombre obtenu en un nombre affiché sur un compteur. Ltinvention concerne la réalisation d'une lecture avec une précision du m8me ordre, mais ne nécessitant ni réseau de diffraction ni circuit électronique. Un dispositif de lecture selon l'invention, destiné à un instrument de mesure, comprend un organe holographique portant plusieurs enregistrements holographiques de représentations sous forme de caractères donnant les valeurs dtun paramètre, les enregistrements formant une série qui correspond à une séquence ordonnée des valeurs du paramètre, le dispositif de lecture comprenant en outre un dispositif de reconstitution d'une image à partir de l'un des enregistrements au moins, par éclairement d'une partie de l'organe holographique, un dispositif mécanique de modification de la position de la partie éclairée, le long de la série d'enregistrements, et un dispositif d'affichage de limage reconstituée. Les enregistrements holographiques peuvent former une série dans laquelle ils sont équidistants, et la séquence ordonnée des valeurs du paramètre peut former une progression arithmétique. L'invention concerne en outre un instrument de mesure comportant un dispositif de lecture selon ltinvention et, en outre, un dispositif de mesure destiné à détecter la valeur du paramètre, et un dispositif de commande du dispositif mécanique en fonction de la valeur détectée afin que limage reconstituée donne une indication sur la valeur détectée du paramètre. L'organe holographique du dispositif de lecture peut être réalisé par exposition de zones successives d'une matière d'enregistrement photographique par un faisceau objet obtenu par éclairement dtune représentation de caractères représentant les valeurs d?un paramètre et par un faisceau de référence, les deux faisceaux provenant tous deux d'une source de lumière cohérente, la représentation étant modifiée entre les expositions. Un tel procédé permet la réalisation d'un organe holographique père qui peut titre reproduit par tout procédé classique. Dans le présent mémoire, on appelle "échelle holo graphique'? la série dtenregistrements holographiques réalisée comme décrit. l'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente schématiquement un exemple d'appareil permettant la réalisation dtun organe père d'un type d'échelle holographique selon l'Xinvention ;; la figure 2 représente schématiquement l'utilisation dlune échelle préparée à l'aide de l'appareil de la figure 1 les figures 3a, 3b, 3c et 3d représentent quatre dispositions différentes d'éléments holographiques exposés successivement dans une échelle holographique les figures 4a, 4b et 4c représentent des variantes d'échelle holographique la figure 5 est une perspective d'une échelle holographique affichant un paramètre qui indique la position d'une partie d'une machine-outil la figure 6 est une perspective d'un appareil de pesée comportant une échelle holographique la figure 7 représente une échelle holographique associée à une optique de lecture à fibres ; et les figures 8a, 8b et 8c représentent l'affichage obtenu, La figure 1 représente en coupe longitudinale une lame de verre 10 qui est longue et étroite , qui est revêtue d'une émulsion photographique 12 "Agfa" 10E70 et qui est mobile parallèlement à sa plus grande dimension, comme indiqué par les flèches, sous la commande dtun dispositif li de réglage micrométrique. Une plaque 13 munie d'une fente 14 est placée très près de l'émulsion et la fente est éclairée par la lumière d'un laser (non représenté ) à la fois sous forme d'un faisceau I réfléchi par un répartiteur 16 de faisceau et un miroir 18, et d'un faisceau II qui passe à travers le répartiteur 16 et qui7réfléchi par un miroir 20.Une plaque opaque 22 est placée sur le trajet du faisceau Il. Elle comporte une série d'orifices diffusants formant des chiffres 0 à 9, qui sont chacun sous la forme bien connue à sept bâtonnets ou sous forme d'une matrice de points ou sous forme d'un chiffre totalement formé. L'orifice ou les orifices qui délimitent le pourtour d'un chiffre sont alignés sur le faisceau II. On prépare une échelle holographique père par exposition de l'émulsion 12 à travers la fente 14 simultanément par les faisceaux I et II, arrêt des faisceaux, déplacement de la lame 10 dans un sens d'une distance égale à la largeur de la fente 14, changement de la position de la plaque 22 afin que le chiffre suivant soit aligné sur le faisceau II, exposition de l'émulsion 12 par les deux faisceaux et ainsi de suite, le déplacement étant toujours réalisé dans le même sens jus qutà ce que la lame ait été exposée sur la longueur voulue. L'émulsion photographique est alors développée et fixée. Par exemple, la largeur de la fente 14 peut entre de 100 microns; l'émulsion 12 porte alors une série d'hologrammes représentant les chiffres 0 à 9 et formant une échelle ayant des divisions correspondant à 100 microns. Les chiffres peuvent entre évidemment utilisés au cours d'un grand nombre de cycles si bien que échelle formée peut avoir une très grande longueur, par exemple 1 cm, 10 cm, etc., suivant la dimension de la lame 10. L'échelle holographique père peut titre utilisée directement dans un instrument où elle est habituellement reproduite par des procédés classiques, par exemple impression holographique par contact. Sur la figure 2, la lame 10 et l'émulsion développée 12 sont éclairées derrière une fente 24 dont la largeur est éga le à celle de la fente 14, par un faisceau III provenant d'une source 25 qui peut titre le laser utilisé sur la figure 1 ou toute autre source lumineuse convenable ayant une plage étroite de longueurs d'onde . Un écran 26 est placé en dehors de l'axe du faisceau III et le chiffre enregistré sur ltholo- gramme et aligné sur la fente 24 est reconstitué sur l'écran. Lorsque la lame 10 se déplace comme indiqué par les flèches, sous la commande d'un dispositif 15 d'entratnement de précision, le chiffre enregistré par chaque hologramme et qui est aligné sur la fente est affiché sur l'écran 26. Lorsque les hologrammes contiennent les chiffres indiqués dans ltexem- ple précédent, l'affichage sur l'écran 26 indique la position de la lame 10, en multiples de 100 microns. On peut modifier la disposition des appareils des figures 1 et 2, selon les techniques bien connues en holographie. Par exemple, sur la figure 1, la plaque 22 peut entre disposée sur le trajet du faisceau I et non sur celui du faisceau II ; les orifices diffusants peuvent entre remplacés par des orifices transparents et appareil peut comprendre une lentille cylindrique, le faisceau assurant un éclairement sur une grande largeur ; la fente 14 peut entre montée afin que son axe longitudinal se trouve dans le plan de la figure et non perpendiculaire à celui-ci, et dans ce cas, la lame 10 doit aussi tourner de 900 afin que sa longueur soit perpendiculaire à l'axe de la fente. La fente 24 représentée sur la figure 2, utilisée pour la reconstitution de l'hologramme, peut avoir une largeur légèrement inférieure, par exemple de 10 %, à celle de la fente 14 utilisée pour la formation de ltholo- gramme, et en réalité, une telle fente plus étroite est souhaitable car la reconstitution entière d'un élément peut être réalisée sans que ltimage soit floue du fait du léger recouvrement d'éléments adjacents dans la zone observée. La position de l'écran 26 peut aussi entre modifiée par rapport à lté- chelle holographique, suivant les directions des faisceaux utilisés pour la formation des hologrammes. L'appareil peut aussi entre modifié afin que les ho logrammes formés soient du type par réflexion et non par transmission comme représenté sur les figures l et 2. Bien que la figure 2 représente une échelle holographique père 12 montée dans un appareil, l'échelle peut titre une copie de l'échelle père, son utilisation étant identique. La matière photographique utilisée pour l'enregistrement des hologrammes peut entre une émulsion photographique classique de type convenable ou peut entre en matière photorésistive. On peut reproduire une échelle holographique père produite à partir d'une émulsion classique de toute manière convenable, par exemple par impression par contact, c'est-à-dire par disposition de l'échelle père au contact d'une émulsion photographique et éclairement de l'émulsion à travers lthologramme par de la lumière d'une source convenable, par exemple d'un laser.Une échelle père en matière photorésistive peut autre reproduite par toute technique classique de reproduction de surface, par exemple utilisée pour la reproduction des réseaux de diffraction, ou par impression par contact. La figure 3a est un détail d'une échelle holographique longue et étroite 12 préparée comme décrit en référence à la figure 1, mais elle ntest pas à l'échelle. Les zones hachurées représentent des hologrammes contigus exposés successivement aux faisceaux I et II et contenant chacun un chiffre sous forme holographique, par exemple "5", "6", "7", , etc. Lorsque la lame 10 se déplace devant la fente 14 (figure 2), lthologramme d'un chiffre vient contre celui du suivant. Le réglage de position de l'échelle se répète donc avec une précision meilleureque la largeur de 100 microns de chaque zone. Il n'est pas primordial que les hologrammes soient contigus et ils peuvent entre séparés par des bandes non exposées 15 comme représenté sur la figure 3b ou ils peuvent même se recouvrir comme représenté sur la figure 3c. Dans les variantes des figures 3a, 3b et 3c, chaque hologramme peut comprendre plusieurs chiffres et en outre une ou plusieurs lettres ou des mots ou d'autres caractères ou des combinaisons de chiffres et de lettres, etc, En fait, les ho logrammes peuvent former toute indication permettant la lecture de l'échelle lorsqu'elle est vue par ltoeil humain. Il ntest pas nécessaire qutune zone exposée unique occupe toute la largeurAe la lame portant émulsion photographique. Lorsque l'affichage doit comporter deux chiffres, par exemple 3,3, 3,4, 3,5, etc., une séquence peut représenter les "nombres entiers", par répétition d'exposition du mê- me chiffre, et une seconde séquence parallèle peut représenter le second chiffre, après la virgule, ce chiffre changeant après chaque exposition. La figure 3d représente cette disposition. Le nombre de séquences peut entre encore plus important lorsque le nombre de chiffres significatifs à afficher est plus grand. Chaque séquence peut entre enregistrée séparément ou les séquences peuvent être enregistrées simultanément.Bien quton ait représenté des zones différentes de l'échelle occupéespar les diverses séquences, celles-ci peuvent entre enregistrées sur la même zone d'une échelle, les unes sur les autres. Une caractéristique importante de deux séquences différentes mais affichées simultanément, par exemple les deux séquences de la figure 3d,est la possibilité de réalisation d'échelles de conversion, par exemple entre quantités métriques et anglo-saxonnes. La longueur totale d'une échelle telle que représentée sur les figures 1 à 3, n'est pas limitée par le montage holographique, mais par la limite des grandeurs à mesurer, et la longueur peut atteindre 1 mètre et meme plus. D'autres dispositions physiques sont aussi possibles. Par exemple, comme représenté sur la figure 4a, l'échelle holographique peut être formée sur une bande rigide 30 constituant une boucle continue. Au cours d'un affichage, la matière 30 est éclairée par une source lumineuse 32 et une fente non représentée, de l'intérieur de la boucle, la source restant à distance constante de la boucle. L'affichage est formé sur un écran 34 placé en dehors de la boucle. La figure 4b représente une boucle analogue 31 convenant à une montre à affichage numérique. Dans un autre mode de réalisation non représenté, une boucle de film souple peut être enroulée sur une bobine, de la mssme manière qutun mètre qui stenroule. La figure 4c représente un autre type d'échelle un cliché photographique circulaire 36 est réalisé de manière que les hologrammes exposés séquentiellement forment des cercles concentriques autour du cliché. Cette disposition peut former échelle dtun instrument qui comprend par exemple au moins deux échelles différentes telles que 38 et 40, ou ayant normalement une échelle en partie circulaire. Les échelles peuvent astre enregistrées séparément ou simultanément. La figure 5 qui représente une partie d'une machine-outil, illustre une application de l'échelle holographique selon l'invention, indiquant la position d'une partie mobile. L'coutil comporte une partie fixe 42 munie d'un canal 44 le long duquel un chariot 46 peut se déplacer sous la commande d'un dispositif 48 d'entratnement à vis disposé afin que le chariot suive exactement le déplacement d'une partie de travail de la machine-outil, par exemple une fraise ou un foret (non représenté). Le chariot 46 porte une source lumineuse placée dans un boftier 50 et qui se déplace avec le chariot parallèlement à une longue échelle holographique étroite 52, solidaire de la partie fixe 42, très près de cette échelle. Un écran 54 d'affichage est placé derrière l'échelle et il est observé par le côté opposé à celui de la source, comme indiqué par la flèche B. Le boftier 50 comporte une fente sur le coté adjacent à l'échelle 52. Lorsque le chariot 46 se déplace le long du canal 44, la source lumineuse éclaire l'échelle 52 par la fente du boftier, et l'écran 54 affiche un nombre indiquant la position du chariot. La figure 6 représente un dispositif qui comporte une échelle holographique circulaire. Un appareil de pesée à rappel élastique comporte un plateau 56 de pesée fixé par une tige verticale 58 à une crémaillère 60 qui coopère avec un pignon 62 fixé au centre d'une échelle holographique circulaire 64. Le pignon et l'échelle tournent sur un axe 66 porte par une première tige 68 de support fixée à une plaque 70 de base. Cette dernière porte aussi une seconde tige 72 de support dont l'extrémité supérieure a un flasque horizontal 74 qui porte l'extrémité inférieure d'un ressort 76 de compression placé autour de la tige 58 et supportant le plateau 56. Les hologrammes de l'échelle 64 forment une piste circulaire représentée en partie par la référence 78o Un bot- tier 80 contient une source lumineuse qui éclaire la piste circulaire à travers une fente (non représentée) et un écran 82 d'affichage placé de l'autre c8té de l'échelle est porté par le bottier. Lorsqutune masse est disposée sur le plateau de l'échelle, le ressort 76 est comprimé, le pignon 62 tourne sous la commande de la crémaillère et l'échelle 64 tourne. La source éclaire l'échelle et écran 82 donne une représentation numérique du poids de la masse placée sur le plateau. On considère maintenant des échelles holographiques dont chaque élément a une largeur de 100 microns ; ces échelles ne posent aucun problème sérieux de focalisation. Les hologrammes peuvent avoir une largeur inférieure à 100 microns, mais l'éclairement d'hologrammes aussi étroits nécessite alors une disposition bien plus précise des divers éléments.Un dispositif de formation d'images peut entre intercalé entre la fente et émulsion photographique mais, en cours dtutilisa- tion, le maintien de la focalisation de l'image de la fente sur l'émulsion est difficile, Cependant, dans les hologrammes dont la largeur est inférieure à 100 microns, la disposition représentée sur la figure 7 peut améliorer la qualité de l'image représentée la disposition est identique à celle de la figure 2 mais l'é- cran 26 est remplacé par un faisceau 28 de fibres optiques ordonnées, une extrémité du faisceau étant adjacente à la lame 10, dans la position de reconstitution de lthologramme. Les autres extrémités des fibres sont écartées afin que ltimage reconstituée soit agrandie.Les fibres d'une telle optique améliorent la définition de l'affichage. Dans une variante peu différente, un écran peut être placé près des extrémités séparées des fibres qui forment la lettre ou le chiffre qui est affiché sur l'écran. Les arrangements de fibres optiques conviennent aussi évidemment aux hologrammes relativemént larges ainsi que pour l'affichage à distance. Comme représenté sur la figure 3a, lorsque ltéchel- le et la fente ont des positions relatives telles que des parties de deux hologrammes adjacents sont éclairées, les deux hologrammes sont reconstitués et par exemple deux chiffres superposés peuvent entre affichés. Lorsque la confusion qui peut en résulter doit entre minimale, l'échelle holographique peut entre enregistrée afin qu'elle donne un affichage décalé comme représenté sur les figures 8a, 8b et 8e Sur les figures 8a et 8c, la fente est alignée sur les hologrammes représentant respectivement 3,4 et 3,5. Sur la figure 8b, la fente est alignée sur une partie de chacun des hologrammes, mais les chiffres ne se superposent pas.Lors de la préparation d'une telle échelle, les chiffres sont alternativement décalés vers le haut et vers le bas le long de l'échelle. Il ntest pas nécessaire que tous les hologrammes aient la mdme largeur ; par exemple, on peut former une échelle logarithmique par modification de la distance de déplacement et/ou de la largeur de la fente après chaque exposition, et par reconstitution avec une fente de largeur constante. On peut aussi réaliser des échelles non linéaires par utilisation d'une fente de largeur constante avec répétition ou omission de chiffres ou avec des espaces non exposés ayant des largeurs variables, entre les expositions. Lorsquton utilise une telle échelle, on peut remplacer la fente et la source lumineuse par une source linéaire telle qu'une diode à effet laser. Il n'est pas nécessaire que l'échelle holographique soit éclairée avec de la lumière dont la longueur d'onde est égale à celle de la lumière utilisée pour la formation de échelle pourvu que la plage de longueurs d'onde soit étroite. Une variation de la longueur d'onde d'éclairement, comme indiqué sur la figure 2, modifie l'angle A entre le prolongement du faisceau III d'éclairement et la direction du faisceau d'affichage transmis à l'écran 26. On peut aussi préparer une échelle holographique père de quatre manières différentes 1) le cliché photographique peut entre déplacé successivement par rapport à la fente,comme décrit en référence à la figure 1 2) la fente peut entre éclairée par un pinceau lumineux étroit, et la fente et le pinceau peuvent entre déplacés successivement par rapport au cliché photographique 3) -la fente peut être éclairée par un faisceau lumineux de grande largeur, et la fente peut entre déplacée par rapport au faisceau et au cliché photographique, mais cette disposition utilise la lumière de façon peu économique 4) l'ensemble du système peut entre déplacé par rapport au cliché photographique. Les appareils ayant les dispositions 1 et 4 sont préférables En cours d'utilisation, le dispositif d'éclairement, la fente et l'écran peuvent être fixes et l'échelle holographique mobile par rapport à eux, ou ils peuvent être mobiles et l'échelle est alors fixe. Lors de la réalisation dé l'échelle père et lors de son utilisation, avec une fente, la distance entre la fente et l'émulsion photographique est de préférence de l'ordre de grandeur de la largeur de la fente. Cependant, lorsque les fentes sont très étroites, un dispositif de formation d'image peut entre nécessaire. Une autre possibilité d'application des échelles holographiques selon ltinvention est la formation de deux échelles différentes donnant des affichages de couleurs différentes, suivant la longueur d'onde de la lumière d'éclaire- ment. Dans de nombreux instruments de mesure, appareils et autres dispositifs dans lesquels deux éléments se déplacent l'un par rapport à l'autre, un dispositif d'affichage numérique indiquant le déplacement relatif peut autre donné par une échelle holographique selon ltinvention. Des exemples dtappareils qui peuvent comprendre une échelle holographique selon ltinvention sont les micromètres, les appareils de pesée, les appareils de mesure électriques, les montres à affichage numérique, les compteurs de vitesse et les machinesoutils. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de sci, cadre, qui est défini dans les revendications annexées REVENDICATIONS 1. Dispositif de lecture destiné à un instrument de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend un organe holographique portant plusieurs enregistrements holographiques de représentation des valeurs d'un paramètre sous forme de caractères, les enregistrements formant une série correspondant à une séquence ordonnée des valeurs du paramètre, le dispositif comprenant en outre un dispositif de reconstitution d'une image d'au moins un enregistrement par éclairement d'une partie de l'organe holographique, un dispositif mécanique modifiant la position de la partie éclairée le long de la série d'enregistrements, et un dispositif d'affichage de l'image reconstituée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri sé en ce que les enregistrements holographiques sont également espacé. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la séquence ordonnée de valeurs forme une progression arithmétique. 4 Instrument de mesure, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de lecture selon l'une des revendications 1 et 2, et il comprend en outre un dispositif de mesure destiné à détecter la valeur du paramètre, et un dispositif de commande du dispositif mécanique en fonction de la valeur détectée du paramètre, afin que limage reconstituée donne une indication sur la valeur détectée du paramètre. 5. Procédé de réalisation d'un organe holographique père, caractérisé en ce qutil comprend ltexposition de zones successives dtune matière dtenregistrement photographique par un faisceau objet formé par éclairement d'une repré sentationaes valeurs d'un paramètre sous forme de caractères et par un faisceau de référence, les deux faisceaux provenant tous deux d'une source de lumière cohérente, le procédé comprenant en outre la modification de la représentation entre deux expositions. 6o Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qutil comprend l'exposition successive de zones conti guës d'un film photographique par de la lumière provenant d'un affichage alphanumérique -éclairé par un faisceau laser, et par une partie du faisceau laser, capablesde former des interférences, ltaffichage étant modifié entre deux expositions par changement d'une lettre ou dtun chiffre correspondant à la largeur de chaque zone, mesurée dans la direction du déplacement successif. 7. Organe holographique père, caractérisé en ce quril est préparé par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 5 et 6o 8. Organe holographique, caractérisé en ce qu'il est-préparé par reproduction dtun organe holographique père selon la revendication 70