Brevet FR2448127A1 — publié le 19800829

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détermination de la présence d'un objet avec ou sans mesure télémétrique. Elle a plus particulièrement pour but de permettre de situer dans l'espace, la position d'un objet susceptible de réfléchir les rayons lumineux, et éventuellenent d'en déduire sa distance ainsi que, dans le cas où cette distance varie, la vitesse et/ou l'accé- lération relative entre ledit objet et ledit dispositif, Un tel dispositif peut s'appliquer notamment, mais non exclusivement, à la commande de processus automatisés et, en particulier, à l'assistance des aveugles en déplacement. Dans ce dernier cas, elle permet utilement de renseigner un aveugle sur son environnement extérieur, notamment en lui signalant la présence d'un obstacle éventu-l et son éloignement. On sait qu'à l'heure actuelle la détection de la présence d'objets et les mesures de télémétrie ne faisant pas intervenir l'oeil humain sont effectuées au moyen de radars ou bien d'ana leurs optiques utilisant les rayons laser. Toutefois, en raison de leur complexité et de leur prix de revient relativement élevés, ces dispositifs ne peuvent pas tre utilisés dans la plupart des processus industriels et, à plus fort- raison,pour l'assistance des aveugles. Par ailleurs les dispositifs utilisant le principe du radar ne peuvent pas convenir pour de faibles distances. L'invention a donc plus particulièrement pour but la réalisation d'un dispositif pour la détection de la présence d'objets situés à de courtes distances, et qui soit de conception simple et de prix de revient relativement bas. Ainsi, pour parvenir à ce résultat, l'invention consiste, dans le cas le plus simple, à émettre un faisceau lumineux de forme conique, à détecter au moyen d'au moins un détecteur optique directionnel la lumière susceptible d'entre réfléchie dans le champ du faisceau lumineux, et à fournir un signal représentatif de l'intensité lumineuse reçue par ledit détecteur. Ainsi dans le cas où un objet se trouve dans le champ du faisceau lumineux, il réfléchit une partie de la lumière inciden- te, laquelle est détectée par le susdit détecteur qui peut éaet- tre un signal, indiquant la présence dudit objet et son orienta- tion. Il est clair cependant que le fonctionnement de ce disposiw tif risque d'être perturbé en raison de la luminosité ambiante de la zone explorée. En conséquence, l'invention prévoit donc de mesurer cette luminosité ambiante au moyen d'un second détecteur directionnel orienté de manière à détecter la lumière ambiante au voisinage immédiat du faisceau de rayonnement lumineux, et qui fournit un signal représentatif de ladite lumière ambiante. On effectue ensuite la différence entre les signaux des deux sustits détecteurs. Il apparat donc qu'en l'absence d'objet dans le champ du fais sceau lumineux, le résultat de cette différence est sensiblement nul. Par contre, dans le cas contraire, on obtiendra un signal d'erreur indiquant la présence d'un objet dans le champ du faisceau. L'invention ne se limite pas à l'obtention d'un tel résultat. Elle se propose en effet de fournir en outre une indication sur la distance de l'objet détecté par rapport au détecteur. A cet effet, elle utilise les propriétés d'un faisceau luni neux de forme conique. On sait en effet que si l'on dirige un faisceau conique sur une surface plane perpendiculaire à l'axe dudit faisceau,on obtient une tache lumineuse circulaire dont le diamètre varie en fonction de la distance entre ladite surface et la source lumineuse. En conséquence, pour obtenir une indication de cette distance il suffit de prévoir une série de détecteurs optiques direc tionnels dont les axes sont parallèles à celui du faisceau lumi- neux et écartés de celui-ci selon des intervalles allant en croissant. Ainsi la détection de la tache lumineuse formée sur un ebsta- cle par l'un des détecteurs indique que cet obstacle se trouve au moins à une distance prédéterminée de la source lumineuse (pre- duit de l'écart entre le détecteur et l'axe du faisceau et la tangente de l'angle formé par ce faisceau). Selon une autre caractéristique de l'invention, les résultats précédents peuvent être également obtenus en générant une zone d'ombre au centre du faisceau lumineux, par exemple en masquant une zone centrale du réflecteur permettant d'obtenir le faisceau lumineux. Dans ce cas on prévoit au moins un détecteur optique directionnel orienté, par exemple, parallèlement à l'axe de la source lumineuse et écarté de celui-ci de telle manière qu'il puisse détecter la tache lumineuse formée sur un obstacle relativement rapproché de la source lumineuse.Il est clair que si l'on éloigne l'obstacle, à une distance donnée, le champ du détecteur optique passera de la zone éclairée à la zone d'ombre centrale, ce passage correspondant à une distance prédé- terminée. Dans ce cas on peut prendre, comme signal de référence, au lieu d'un détecteur sensible à la lumière ambiante, un détecteur axé en permanence sur la zone éclairée (par exemple à axe paral- lèle à la génératrice du cône formé par le faisceaux D'une manière générale, le signal d'écart obtenu par la différence entre le signal fourni par un détecteur optique directionnel destiné à la détection de la présence d'un obstacle et à fournir une indication de la distance, et le détecteur optique de référence qui lui est associé, peut directement servir dans le cadre deun dispositif d'asservissement.Il peut également être converti en une fréquence par exemple une fréquence qui, transformée en une émission sonore, peut servir à l'assistance d'un aveugle, lequel pourra ainsi connaitre d'après la fréquence perçue la distance qui l'éloigne d'un obstacle. Par ailleurs, il apparaît en outre que3 dans ce dernier cas, si l'on effectue un balayage latéral et/ou vertical d'un espace déterminé, par les variations de fréquence, on peut ainsi obtenir une représentation volumique de l'espace balayé par le champ de la source lumineuse. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas ou l'on désire obtenir un centrage d'une pièce, sur l'axe optique de la source lumineuse, on prévoit au moins quatre détecteurs optiques directionnels disposés en quadrature dans un plan per- pendiculaire à l'axe de la source lumineuse. Ces quatre détecteurs permettent donc de situer la position de l'objet éclairé par rapport à l'axe de la source lumineuse et de transmettre des informations indiquant le sens dans lequel on doit intervenir pour obtenir le centrage de l'axe optique de la seurce lumineuse sur la pièce. Des rodes de réalisation de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins annelés dans lesquels: La figure 1 est un schéma théorique permettant d'illustrer le principe du procédé et du dispositif pour la détermination de la présence d'un objet. Les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques de la source lumineuse et d'un détecteur optique directionnel pouvant être utilise dans l'exemple représenté figure 1. La figure 4 est une vue schématique d'un dispositif selon un autre mode de réalisation de l'invention; La figure 3 montre le comportement d'un dispositif selon l'invention dans le cas d'un obstacle comprenant un décrochement; La figure 6 est une représentation schématique permettant d'illustrer le principe d'un centrage réalisé à l'aide d'un dispositif selon l'invention; La figure 7 est une représentation schématique d'un dispositif permettant la détection d'un obstacle tel qu'une marche; La figure 8 est une représentation schématique d'un dispositif selon un autre mode de réalisation de l'invention;; Avec référence à la figure 1, le dispositif comprend une source lumineuse 3 pouvant consister, par exemple, en la source lumineuse représentée figure 2 et comprendre une ampoule électrique 1 située dans l'axe d'un réflecteur parabolique 2 dont le fond comporte une couronne circulaire 3 en matière non réfléchissante. Une telle source lumineuse permet donc d'obtenir un faisceau lumineux conique 4 présentant, à l'intérieur, une zone d'ombre conique 5 coaxiale due au secteur non réfléchissant. A cette source lumineuse sont associés - d'nne part, un détecteur optique directionnel 6 dont l'axe 7 est parallèle à la génératrice du faisceau lumineux 4, et situé à l'extérieur de celui-ci, de sorte que ce détecteur fournira en permanence un signal représentatif de la lumière ambiante au voisinage du faisceau lumineux 4 ; - d'autre part, une série de trois détecteurs optiques directionnels dl, d2, d3, dont les axes respectifs 8, 9, iO,paral- lèles à l'axe du faisceau lumineux, coupent celui-ci respective ment à des distances L1, L2 et L3, de la source lumineuse, ces distances pouvant par exemple être égales à 1 m, 2 m, et 3 m. Ces détecteurs directionnels peuvent être du type de celui représenté figure 3 et étre constitués par une cellule photo- électrique ou photorésistante logée au fond d'un tube. Par ailleurs, les axes 8, 9 et 10-des détecteurs d1, d2 et d3, coupent la zone d'ombre conique 3 des distances respectives L'1, L'2 et L'3 (non représentée), par exemple égales à 4m,8m et 12 s. Ainsi, lorsque, aucun obstacle ne se trouve dans le parcours du faisceau, les détecteurs d1, d2 et d5 ne seront sollicités que par la lumière ambiante du milieu et fourniront chacun un signal égal à celui fourni par le détecteur de référence 6. Par contre, lorsque le faisceau lumineux rencontre un obstacle tel que par exemple un mur plan situé à une distance d2 de la source lumineuse, il formera sur ce mur un cercle lumineux qui sera détecté à la fois par les détecteurs d1 et d2 lesquels fourniront alors un signal différent du détecteur d3 et du détecteur de référence 6. Ainsi, au départ des variations de la lumière ambiante, la comparaison des signaux fournis par les détecteurs d1, d2 et d3 et le détecteur de référence 6, permettra de déterminer les détecteurs recevant la lumière réfléchie provenant de la source lumineuse. Toutefois, il convient de noter que pour éliminer l'influence des sources de lumière parasites il est possible d'émettre un faisceau lumineux discontinu, par exemple clignotant, à une fréquence déterminée et de ne prendre en compte pour la détection et la mesure de distance que les détecteurs excités à ladite fréquence.En conséquence si, à chaque détecteur d1, d2, d3, excité, correspond une distance prédéterminée, on obtiendra à la fois une détection de la présence d'un obstacle et une information sur son éloignement. Dans le cas où le dispositif est destiné à l'assitance d'un aveugle au cours de ses déplacements, il est possible de prévoir un circuit permettant de générer, pour chacun des détecteurs d1, d2 et d3 excités, un signal sonore présentant une fréquence propre à ce détecteur de manière à ce que l'aveugle puisse discerner à l'audition la distance correspondant au détecteur qui se trouve excité. Dans le cas où deux détecteurs se trouvent simultanément excités, la fréquence choisie sera celle correspondant à la distance la plus grande. Corme précédemment indiqué, à l'intérieur du faisceau luri- neux généré par sa source lumineuse se trouve une zone d'ombre coaxiale 3 et de forme conique. Ainsi, lorsque 11 obstacle se trouvera à la distance L'1 de la source lumineuse, les détecteurs d2 et d3 seront excités par la tache lumineuse formée par l'obstacle, tandis que le détecteur d1, dont l'axe passera dans la zone d'ombre 5 situé au centre de la tache lumineuse ne sera plus excité. Un tel état, facilement discernable par un circuit logique approprié, pourra donc signifier que l'obstacle se trouve à la distance L'1 de la source lumineuse. A cet état pourra donc correspondre une fréquence sonore déterminée, dans le cas del'assistance d'un aveugle. D'une façon plus précise on donnera ci-après un tableau des correspondances du dispositif représenté figure 1 dans lequel les nombres binaires 0 et 1 correspondent aux états "non excité" et "excité" des détecteurs d1, d2 et d3. TABLEAU d1 d2 d3 Présence Distance Fréquence sonore : O : 0 r O : non r : : 1 0 0 oui L1 f1 1 1 t 1 O t : oui : L2 : f2 t :----------:-------:---------:---------:---------:------------: i 1 : 1 r 1 t oui r L3 t f r :----------:-------:---------:---------:---------:------------: : 0 : 1 r 1 r oui r L'1 r f4 t 0 0 1 oui L'2 f5 On notera que l'état 000 peut correspondre d'une part à une absence d'obstacle ou à la présence d'un obstacle trop éloigné pour être pris en compte. En effet, dans ce dernier cas, l'axe des trois détecteurs passe dans la zone d'ombre 3 située dans la tache lumineuse. Cette propriété ne constitue pas un inconvénient si l'on fait en sorte qu'à çette distance on se situe à la limite de détection du dispositif (l'intensité lumineuse réfléchie décroît en effet en fonction de la distance,de sorte que lorsque l'on dépasse une distance déterminée qui est fonction de la puissance de la source lumineuse, la détection de la lumière réfléchie ce trop faible pour être significative). Comme précédement indiqué, dans le système représenté figure 1 l'axe des détecteurs dl, d2, et d3 est parallèle à l'axe du faisceau lumineux. Une telle disposition présente cependant l'inconvénient d'être encombrante dans le cas ou l'on désire utiliser un nombre important de détecteurs et/ou la conicité du faisceau lumineux est importante. Pour éviter cet inconvénient on peut prévoir, comme repré- senté figure 4,des détecteurs optiques directionnels d'1 à d'6 dont les axes sont obliques par rapport à l'axe du faisceau et coupent celui-ci à des distances Lt1 à L'6 prédéterminées. On obtient ainsi un ensemble plus compact et moins encombrant. Un résultat similaire pourrait etre obtenu en utilisant un détecteur mobile par rapport à la source lumineuse et qui effectue un balayage angulaire de la zone à détecter. On notera que le détecteur optique directionnel servant à mesurer la lumière ambiante au voisinage du faisceau lumineux peut consister en un détecteur annulaire entourant la source lumineuse de mdme d'ailleurs que les autres détecteurs optiques directionnels. Pour permettre de détecter une discontinuité de forme dans un objet il est possible de prévoir, comme représenté figure 5, au moins deux détecteurs optiques directionnels 8, 8', diamètralement opposés par rapport à la source lumineuse. Ainsi dans le cas où cet objet consiste en un mur 'compre- nant un décrochement 9, la tâche lumineuse se décomposera en deux, à savoir : Une-tache lumineuse 10 (Q disque) de diamètre relativement peu important sur la partie du mur la plus proche 11, et Une tache lumineuse 12 (+ disque) de diamètre -relativement important sur la partie du mur la plus éloignée 13. A l'intérieur de ces deux taches sont également comprises deux zones sombres circulaires, à savoir une zone 14 de diamètre peu important pour le mur le plus proche 11, et une zone sombre 15 de diamètre plus important pour l'autre mur 13. En conséquence le détecteur 8' détectera la lumière réfléchie par la tache lumineuse 10, tandis que le détecteur 8 dont l'axe passe au travers de la zone sombre 15 ne sera pas excité. Un tel dispositif permet donc de signaler la présence d'une discontinuité dans la forme d'un objet. Un même résultat serait obtenu si l'axe d'une des deux sources passait dans la zone non éclairée située à l'extérieur de l'une des taches lamineuses tandis que l'autre détecteur était sollicité par les rayons réfléchis émanant de l'autre tache lumineuse. Dans le cas où lton désire effectuer un centrage du dispositif sur un objet, ou inversement, -on peut, comme représenté figure 6, utiliser quatre séries de détecteurs disposées en quadrature autour de la source lumineuse à savoir : une série D1 à D6 disposée à droite, une série G1 à G6 disposée à gauche, une série h1 à h6 en haut et une série b1 à b6 en bas. Ces détecteurs pourraient par exemple consister en des éléments en quart de cercle de diamètre allant en croissant, quatre éléments de meme diamètre formant ainsi,comme représenté en pointillé, un cercle concentrique à la source lumineuse. Ainsi, un objet situé en haut et à droite de l'axe de la source lumineuse 3 sera par exemple détecté par les détecteursh1, h2 et h5 et les détecteurs D1, D2 et D5 tandis que les autres détecteurs ne seront pas sollicités. Les informations délivrées par ces détecteurs pourront étre fournies à un processus automatisé ou meme à un opérateur qui pourra ainsi savoir dans quelle direction il convient d'orienter ou de déplacer la source lumineuse ou l'objet pour obtenir un bon centrage. Avec référence à la figure 6, le dispositif pour la détection d(obstacles tels qutune marche située s'élevant sur une surface plane comprend un chariot 17 équipé d'une colonne 18 perpendiculaire au plan 19 sur lequel se déplace le chariot. Cette colonne 18, porte : - une source lumineuse 3 qui forme sur la surface plane une tache lumineuse 20 au centre de laquelle se trouve une zone d'ombre 21. - un premier détecteur directionnel de référence 22 orienté de manière à ce que son axe passe toujours à l'intérieur de la tache lumineuse 20, et - deux détecteurs directionnels 25, 24 orientés de manière à ce que leurs axes passent à l'intérieur de la zone d'ombre 21 en deux points diamétralement opposés et alignés dans le sens de déplacement du chariot. Ainsi, dans le cas où il se présente une marche 23 l'axe du détecteur 24 passera toujours dans la zone d'ombre 21 situe en avant de la marche tandis que le détecteur 23 sera excité par la tache lumineuse projetée sur la face supérieure de la marche 23. La différence d'état entre les deux détecteurs indiquera donc la présence d'une marche. La source lumineuse utilisée dans les dispositifs précédemment décrits peut consister en une ampoule à incandescence classique. Toutefois, elle pourrait également consister en une ampoule de flash classique. Par ailleurs, il est clair qutune telle source lumineuse pourrait consister en un émetteur pouvant rayonner dans les longueurs d'onde non visibles du spectre lumineux, par exemple, dans l'infrarouge ou l'ultraviolet Dans ce cas, les cellules devront être assorties à la source de rayonnement choisie. Avec référence à la figure 8, le dispositif comprend une source lumineuse 26 générant un faisceau à rayon parallèle (projection à l'infini) et une série de détecteur 27 à 32 dont les axes sont obliques par rapport à l'axe de la source lumineuse et qui coupent le faisceau à des distances prédéterminées de la source. Le fonctionnement d'un tel dispositif est analogue à ceux précédemment décrits et ne sera donc pas exposé à nouveau. On notera toutefois qutun tel dispositif permet l'utilisation d'une source de rayonnement laser. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la détermination de la présence d'un objet caractérisé en ce qu'il consiste à émettre un faisceau lumineux de forme conique et à détecter, à l'aide d'au moins un premier détecteur optique directionnel orienté dans le champ du faisceau lumineux de manière à pouvoir détecter la lumière susceptible d'être réfléchie par un objet se trouvant dans ledit champ lumi- neux. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un détecteur destiné à détecter la lunière ambiante au voisinage du faisceau lumineux et à mesurer l'écart entre le signal fourni par lesdits premier et second détecteurs, la détection d'un écart non nul indiquant alors la présence d'un objet dans le champ de la source lumineuse. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le faisceau lumineux est émis de façon discontinue à une fréquence déterminée,de aorte que la présence d'un objet est détecté lorsque ledit premier détecteur est excité à une même fréquence que celle de la source. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise, pour la détection de la lu mière réfléchie dans le champ du projecteur, une pluralité de détecteurs optiques directionnels disposés de manière à ce que chacun de leur axe coupe le faisceau lumineux à des distances prédéterminées. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'excitation de chacun des susdits détecteurs provoque l'émis- sien d'un signal sonore représentatif de la distance corr-spon- dante. 6.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dan le cas ou plusieurs détecteurs directionnels sont sollicités en même temps, seul le signal dont la fréquence correspond à la distance la plus grande sera émis. 7.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on projete à l'intérieur du faisceau lumineux une zone d'ombre conique coaxiale. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ou les axes des susdits détecteurs directionnels coupent la zone d'ombre à des distances prédéterminées. 9.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur directionnel axé dans la zone lumineuse et un détecteur directionnel dont l'ase coupe la zone d'ombre à une distance déterminée. 10.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que pour effectuer la détection d'un objet tel qutune marche s'élevant sur une surface plane horizontale, on utilise une source lumineuse mobile formant sur ladite surface une tache lumi- neuse au centre de laquelle se trouve une zone d'ombre, un premier détecteur dont l'axe passe dans la tache lumineuse et deux détecteurs directionnels orientés de manière à ce que leurs axes passent à l'intérieur de la zone d'ombre en deux points diamétralement opposés et alignés dans le sens de déplacement de la source lumineuse. 11.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les axes des susdits détecteurs servant à détecter la lumière ou l'absence de lumière réfléchie dans le champ du faisceau lumineux sont parallèles ou obliques par rapport audit faisceau. 12.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas où lton désire effectuer un centrage du faisceau lumineux sur un objet ou inversement, on utilise au moins quatre détecteurs ou quatre series de détecteurs directionnels disposés en quadrature autour de la source lumineuse. 13.- Procédé melon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau lumineux est à rayon parallèle et en ce que les susdits détecteurs directionnels ont des axes obliques par rapport à l'axe dudit faisceau et coupent-eelui-ci à des distances prédéterminées.