Brevet FR2421367A1 — publié le 19791026

La présente invention concerne un télémètre opto-électronique comprenant une optique émettrice pour envoyer sur l'objet visé des ondes lumineuses produites par une source de lumière, et une optique réceptrice dont l'axe est décalé par rapport à l'optique émettrice et servant à recevoir l'énergie lumineuse réfléchie par l'objet visé, la section d'ouverture de l'optique réceptrice étant supérieure à celle de l'optique émettrice. L'aptitude à la fonction d'un télémètre optoélectronique est généralement déterminée d'après la résolution en distance que l'on peut atteindre et d'après la portée utile maximale. On emploie le plus souvent ce genre de télémètres pour la mesure de petites distances ou comme appareils anti-collision sur véhicules. Dans beaucoup de cas d'utilisation, notamment pour des appareils de mesure de niveau de remplissage, il importe souvent de connaître aussi la distance minimale mesurable. En outre, dans ces types d'emplois et danses utilisations analogues, on exige une construction aussi compacte que possible. Dans un télémètre, connu d'après la demande allemande 25 36 910 et appartenant au genre mentionné au premier alinéa, l'optique émettrice est disposée parallèlement à l'optique réceptrice. Ce mode de réalisation permet d'obtenir de façon simple un bon découplage optique entre les parties émettrice et réceptrice, mais au pris d'un important encombrement. Avant tout, le principal inconvénient réside dans la parallaxe, c'est-à-dire lté- cartement entre les axes optiques d'émission et de réception, qui est considérable. Cet écartement est au moins égal à la somme des rayons externes des deux optiques. Du fait de cette parallaxe, il est impossible de mesurer de très courtes distances, car la distance minimale nécessaire avec la surface qui renvoie l'énergie lumineuse est déterminée par l'écartement entre les deux optiques, lequel est conditionné par des raisons d'ordre mécanique. En outre, il n'est pas possible de mesurer la distance par rapport à des surfaces réfléchissantes se comportant comme des miroirs, telles qu'on les rencontre par exemple lors de la mesure de niveau de remplissage par des liquides. On connaît, d'autre part, des télémètres optoélectroniques dans lesquels la parallaxe est évitée- en disposant concentriquement les deux optiques d'émission et de réception, de sorte que leurs axes optiques se confondent. Dans un télémètre de ce genre, connu d'après la demande allemande 2 054 973, la lentille de l'optique émettrice est placée au centre de la lentille réceptrice laquelle forme une couronne autour de la lentille d'émission. Des réflecteurs additionnels dévient les rayons lumineux afin de pouvoir disposer la source de lumière et le récepteur le long des deux optiques, ce qui accroît le coût et l'encombrement de l'appareil. Il est, en outre, difficile d'obtenir un découplage suffisant entre les deux optiques.Dans un télémètre, connu d'après la demande allemande 25 40 665, l'optique émettrice est formée d'un miroir parabolique au foyer duquel se trouve la source de lumière, et ltoptique réceptrice est placée avec le transducteur photo électrique dans un tube disposé coaxialement à l'axe de la parabole et en avant de la source de lumière. Dans ce cas, l'optique réceptrice doit avoir nécessairement une section d'ouverture réduite afin de ne pas trop porter ombre sur l'émetteur ; il en résulte une sensibilité faible, et corrélativement une portée maximale réduite. L'emploi d'un miroir parabolique pour focaliser le faisceau lumineux d'émission entraîne aussi des difficultés. Le but de la présente invention est de réaliser un télémètre opto-électronique avec des optiques émettrice et réceptrice de construction simple et compacte, permet tant la mesure de distances extrêmement courtes, quelle que soit la nature de la surface réflectrice, présentant une sensibilité élevée de réception, et dans lequel les deux optiques émettrice et réceptrice soient incontestablement découplées optiquement. Selon l'invention, ce problème est résolu en perçant la ou les lentilles de optique réceptrice d'une ouverture excentrée par rapport à son axe optique et dans laquelle est inséré un tube à paroi opaque contenant l'optique émettrice. Dans le télémètre opto-électronique selon l'invention, ltensemble de l'optique émettrice se trouve à l'intérieur de la section d'ouverture de l'optique réceptrice, laquelle peut ainsi remplir toute la section disponible du boîtier, ce qui garantit une bonne sensibilitéde réception. En raison de la position excentrée de l'optique émettrice par rapport à l'optique réceptrice, la source lumineuse et le récepteur de lumière peuvent être respectivement disposés sur l'axe de l'optique à laquelle ils appartiennent, sans se gêner réciproquement. La parallaxe est faible et elle ne joue aucun rôle primordial dans la mesure des courtes distances, car l'optique émettrice est entourée d'une partie active de l'optique réceptrice. Il est ainsi possible de mesurer aussi bien des distances extrêmement courtes que des distances de surfaces réflectrices se comportant comme des miroirs. Il en résulte que le télémètre selon l'invention est approprié de façon particulièrement avantageuse à des mesures de niveau de remplissage. L'opacité de la paroi du tube inséré dans les ouvertures des lentilles de l'optique réceptrice procure un découplage optique réciproque total entre les deux optiques, ce qui rend superflues des mesures complémentaires coûteuses de découplage, comme un traitement anti-réfléchissant des surfaces externes des lentilles. La source de lumière est, de préférence, disposée également à l'intérieur du tube. Une réalisation avantageuse de l'invention consiste encre que l'écartement entre les axes des deux optiques est supérieur au demi-diamètre extérieur du tube D'autres particularités et avantages de l'in Invention ressortiront de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés qui représentent respectivement - la Figure I une forme de réalisation des optiques d'émission et de réception d'un télémètre opto-électronique selon l'invention, et - la Figure 2 : une variante des optiques d'émission et de réception de la Figure 1. La Figure I représente les optiques émettrice et réceptrice d'un télémètre opto-électronique dont la source de lumière est, dans l'exemple représenté, constituée par une diode laser I ; celle-ci est disposée dans un tube 2 près de l'extrémité arrière de celui-ci, laquelle est obturée par une paroi 3 traversée par des conducteurs électriques 4 et 5 qui relient la diode I à un générateur (non représenté) d'impulsions électriques qui declenche l'émission par la diode laser I de brèves impulsions lumineuses. A l'intérieur du tube 2 se trouve, en outre, une optique émettrice 6 qui peut comprendre une ou plusieurs lentilles et dont l'axe optique X coïncide avec l'axe du tube 2. L'optique émettrice 6 transforme les rayons lumineux divergents émis par la diode laser en un faisceau lumineux 7, parallèle ou sensiblement tel, qui est rayonné à travers la face avant du tube 2 vers un objet visé (non représenté) dont on doit mesurer la distance. L'avant du tube 2 peut être soit ouvert, soit fermé par un disque protecteur transparent 8. Une fraction, réfléchie par l'objet visé, de l'énergie lumineuse du faisceau d'émission 7 est recueillie sous la forme d'un faisceau lumineux 9, pratiquement parallèle, entrant dans une optique réceptrice 10 qui peut également comprendre une ou plusieurs lentilles. L'optique réceptrice 10 fait converger le faisceau lumineux reçu sur un photo détecteur Il qui convertit en impulsions électriques les impulsions lumineuses reçues, et qui est relié par les conducteurs 12 et 13 à un circuit électronique (non représenté), par lequel on obtient la distance de l'objet visé, en mesurant par exemple l'intervalle de temps séparant l'un de l'autre les flancs homologues de l'impulsion émise et de celle reçue en retour. Pour supprimer les effets perturbateurs des lumières parasites, on peut disposer, entre l'optique réceptrice 10 et le photo détecteur 11 un filtre optique 14 accordé sur la longueur d'onde de la lumière rayonnée par la diode laser 1. On utilise, de préférence, une diode laser 1 émettant dans l'infrarouge, et le filtre 14 est donc un filtre infra-rouge. Dans l'exemple représenté, l'optique réceptrice 10 consiste en deux lentilles 15 et 16, percées chacune, de façon excentrée par rapport à l'axe optique Y de l'op- tique 10, d'ouvertures à section circulaire 17 et 18 de diamètre correspondant au diamètre extérieur D du tube 2. Celui-ci est inséré dans les ouvertures 17 et 18 de façon que son extrémité avant, ou le disque protecteur 8 qui l'obture éventuellement, s'arrête au niveau de la face avant de la lentille 15. Les ouvertures 17 et sont placées de façon que l'écartement A entre les axes X et Y des deux optiques 6 et 10 soit supérieur au demi-diamètre extérieur du tube 2, afin que l'axe optique Y soit en dehors de la section du tube 2. Pour être assuré d'un total découplage optique entre la partie émettrice I, 2, 6 et la partie réceptrice 10, 11, la paroi du tube 2 est complètement opaque. On rend ainsi superflu un traitement antiréfléchissant coûteux des surfaces externes des lentilles de l'optique réceptrice pour éviter des réflexions multiples On couvre, de préférence, toute la surface interne du tube 2 d'une couche antiréfléchissante 19 afin d'éviter des brouillages par réflexions sur les surfaces internes du tube qui pourraient perturber l'homogénéité de la répartition d'intensité. Une interruption dans le dessin du tube 2 montre qu'on peut l'allonger à volonté, de sorte que la source lumineuse 1 peut être disposée comme l'on désire, aussi bien loin en avant que loin en arrière du photo détecteur 11, au lieu d'être au même niveau que celui-ci, comme le représente la Figure 1. La Figure 2 représente une variante de réalisation où les mêmes organes portent les mêmes numéros de référence qu'à la Figure 1, et n'ont pas à être décrits à nouveau. La différence essentielle avec la réalisation de la Figure I réside en ce que le tube 2' est raccourci, de sorte que sa face arriere 3' s'arrête au niveau de la face arrière de la lentille 16 de l'optique réceptrice 10. La source de lumière I et l'optique émettrice 6 sont ainsi complètement contenues à l'intérieur de l'optique réceptrice 10, ce qui permet une construction particulièrement compacte. En outre, la surface efficace de réception est optimale dans ce cas, car l'on évite l'effet d'ombre qui se produit dans la forme de réalisation de la Figure 1, en raison de la partie du tube qui forme saillie vers l'arrière. Selon l'étendue admissible d'encombrement, il serait bien entendu également possible que le tube 2 (Figure 1) ou 2' (Figure 2) déborde en avant de la surface antérieure de la lentille 15. Les optiques émettrice et réceptrice qui viennent d'être décrites conviennent à tout télémètre optoélectronique, quelles que soient les méthodes de mesure employées, c'est-à-dire non seulement dans le cas de la méthode utilisant la durée de propagation de l'impulsion donnée ici à titre d'exemple, mais aussi pour des télémètres travaillant d'après la phase ou la fréquence en régime continu. REVENDICATIONS 1. Télémètre opto-électronique comprenant une optique émettrice pour envoyer sur l'objet visé des ondes lumineuses produites par une source de lumière, et une optique réceptrice dont l'axe est décalé par rapport à l'optique émettrice et servant à recevoir l'énergie lumineuse réfléchie par l'objet visé, la section d'ouverture de l'optique réceptrice étant supérieure à celle de l'optique émettrices caractérisé en ce que la ou les lentilles de l'optique réceptrice sont percées d'une ouverture excentrée par rapport à son axe optique et dans laquelle est inséré un tube à paroi opaque contenant l'optique émettrice. 2. Télémètre opto-électronique conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que la source de lumière est disposée à l'intérieur du tube. 3. Télémètre opto-électronique conforme à l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que ltécarte- ment entre les axes des deux optiques est supérieur au demi-diamètre extérieur du tube à parois opaques précité. 4. Télémètre opto-électronique conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface interne du tube est revêtue d'une couche antiréfléchissante. 5. Télémètre opt-électronique conforme à l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce-que ltextré- mité du tube tournée vers l'objet visé s'arrête au niveau de la face avant de la lentille frontale de l'optique réceptrice. 6. Télémètre opto-électronique conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extré- mité du tube opposée à l'objet visé s'arrête au niveau de la face arrière de la lentille postérieure de l'optique réceptrice.