Brevet FR2503873A1 — publié le 19821015

La présente invention concerne un dispositif perfectionné de mesure à distance par ultrasons destiné à être utilisé, par exemple, dans un appareil photographique ou une caméra vidéo ou analogue. Ces dernières années, dans le domaine des appareils de photographie fixes, on a développé et largement utilisé, un dispositif de mesure automatique de distance par ultrasons, qui transmet une onde ultrasonore à une image photographique et reçoit l'onde réfléchie. Mais un système de mesure de distance par ultrasons de cette nature a l'inconvénient que son transducteur, pour la transmission de l'onde ultrasonore, nécessite un certain temps transitoire instable entre l'impression du signal ultrasonore et la transmission à l'état stable de l'onde ultrasonore à cause de ses caractéristiques mécaniques, ce qui a pour effet de produire des ondes ultrasonores transitoires d'intensité instable qui peuvent induire une certaine erreur dans la distance mesurée. Le problème cité ci-dessus des dispositifs classiques de mesure de distance par ultrasons sera étudié ultérieurement avec davantage de détails. Dans un dispositif de l'art antérieur, le circuit générateur d'ondes ultrasonores est alimente directement par une pile ou une source de tension analogue en courant continu. Comme cela a déjà été indiqué,l'intensité de l'onde ultrasonore de sortie croit progressivement suivant la courbe X de la figure 1 conformément à la caractéristique mécanique du transducteur. Lorsque la tension de la source de courant continu est inférieure à celle du cas cité ci-dessus, l'intensité de l'onde ultrasonore de sortie croit plus progressivement, comme cela est représenté par la courbe Y de la figure 1. Comme l'appareil de mesure de distance par ultrasons mesure la distance par la propre mesure de la durée s'écoulant entre la transmission de l'onde ultrasonore et la réception de l'onde ultrasonore réfléchie par un objet, la précision de la mesure dépend de la précision de la mesure de cette durée. Il est difficile de procéder à une mesure précise d'une durée car l'intensité de l'onde ultrasonique croit au stade initial de la génération, nécessitant un temps instable T avec la tension de source plus basse, 1 ou un temps T2 avec la tension de source plus élevée, pour que l'intensité de l'onde ultrasonore atteigne un état constant.Le système de réception du dispositif de mesure de distance par ultrasons est construit de façon à détecter l'onde ultrasonore réfléchie ayant une intensité supérieure à un niveau prédéterminé de façon à séparer l'onde ultrasonore réfléchie véritable des bruits de fond. Par conséquent, si l'accroissement progressif de l'intensité de l'onde ultrasonore n'est pas uniforme pendant la période ascendante jusqu'à l'obtention du niveau d'intensité prédéterminé, alors le temps de détection de l'onde ultrasonore réfléchie varie en fonction de la durée de l'ascension, ce qui se traduit par une mesure de distance imprécise. En d'autres termes, de façon à obtenir une mesure de distance fiable et précise, il faut que la courbe de croissance de l'intensité de l'onde ultrasonore soit raide et uniforme. Dans le système de mesure de distance par ultrasons de l'art antérieur, la croissance de l'intensité de l'onde ultrasonore n'est pas commandée d'une façon aussi uniforme et, par conséquent, la précision de la mesure de distance n'est pas très élevée. Par conséquent,la présente invention a pour ob jet un dispositif de mesure de distance par ultrasons capa- ble de mesurer des distances avec précision en prévoyant un moyen permettant une ascension uniforme de l'intensité de l'onde ultrasonore par utilisation d'une capacité qui a pour rôle de fournir une quantité d'énergie électrique régulée avec précision au moyen générateur d'ondes ultrasonores. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est un diagramme de courbes d'intensité d'ondes ultrasonores à partir du-moment où il y a fermeture d'un moyen générateur d'ondes ultrasonores dans le cas d'un dispositif classique et d'un dispositif de la présente invention; La figure 2 est un schéma de circuit d'une partie principale d'un dispositif, donné à titre d'exemple, de mesure de distance selon la présente invention; et La figure 3 est une courbe de temps représentant des formes d'onde dans diverses parties du circuit de la figure 2. Un dispositif de mesure de distance par ultrasons selon la présente invention comprend un condensateur de grande capacité qui sera chargé par une source de tension en courant continu et sert à fournir une quantité prédéterminée précise d'énergie à un moyen générateur d'ondes ultrasonores. La figure 2 représente une partie principale d'un mode de réalisation de la présente invention où un condensateur 3 de grande capacité est branché aux bornes d'une source de tension en courant continu 1, une résistance en série 2 étant intercalée. L'enroulement primaire 4a d'un transformateur élévateur 4 est branché en série avec un circuit collecteur-émetteur d'un transistor chopper 5 aux bornes du condensateur 3; la base du transistor 5 est reliée à une borne de sortie d'un oscillateur 7. L'en roulement secondaire 4b du transformateur 4 est relié a un transducteur à ultrasons 6 pour en assurer la commande. Une porte 8 est reliée au transducteur 6 de façon à recevoir une sortie électrique basée sur la conversion ultrason/intensité électrique de l'onde ultrasonore réfléchie par ltob- jet.La porte 8 est fermée lorsque le signal ultrasonore est envoyé à l'enroulement secondaire 4b du transformateur 4 au transducteur 6, de sorte qu'un amplificateur 9 relié à ce dernier reçoit un signal basé seulement sur l'onde ultrasonore réfléchie. Un comparateur 10 compare le niveau d'intensité du signal basé sur l'onde ultrasonore réfléchie à un niveau de référence et émet une sortie lorsque le niveau du signal est supérieur au niveau de référence prédéterminé. La sortie du comparateur 10 et la sortie de l'oscillateur 7 sont appliquées à un circuit de comptage du temps 11 qui compte la durée s'écoulant entre le moment où commencent les oscillations de l'oscillateur 7 et le moment où le comparateur 10 émet une sortie. Le fonctionnement du circuit est décrit en liaison avec les figures 1 et 3. Dans le circuit, le condensateur 1 de grande capacité, par exemple, de 1.000 pF est chargé par un courant continu provenant de la source 1 par l'intermédiaire d'une résistance 2 de, par exemple 50 ohms, à une tension de,par exemple 9V, qui est voisine de la tension aux bornes (par exemple 9 V) de la source de courant continu. Lorsqu'on appuie sur un bouton de mise en marche, par exemple, sur le bouton d'obturateur d'un appareil photo, ou lorsqu'on fait appel à un moyen permettant un fonctionnement périodique du dispositif, l'oscillateur 7 est actionné, un commutateur de cet oscillateur se ferme à un instant t2 (figure 1); l'oscillateur 7 commence à osciller et émet un signal ultrasonore de plusieurs dizaines de KHz qui est appliqué à la base du transistor 5 comme cela est représenté en figure 3(a). Alors, lors de chaque période d'impulsion du transistor 5, le courant de décharge circule dans le transformateur 4 à partir du condensateur 3 comme cela est représenté en figure 3(b). Par conséquent, un signal de sortie ultrasonore croissant est appliqué au transducteur 6 par l'enroulement secondaire 4b. Comme le transducteur présente une certaine caractéristique de montée due à sa caractéristique de résonance mécanique, l'intensité de l'onde ultrasonore émise,par décharge du courant du condensateur 3 chargé à 9 V, s'élève comme indiqué par la partie montante de la courbe Z de la figure 1. Comme on le comprendra, la courbe Z a une partie stabilisée après l'instant t .La courbe Z correspond à l'enveloppe de la période p t2-t3 de la figure 3(c); la figure 3(c) représentant un cycle complet de l'émission d'une onde ultrasonore et de la réception de l'onde réfléchie. Dans la période t2 t t3, le niveau de l'intensité décroît progressivement à partir de l'instant tp où la valeur est maximum jusqu'à l'instant t3 conformément à la diminution de la tension du condensateur 3 pendant la poursuite de la décharge. Le niveau maximum A et le niveau ultérieur de l'onde ultrasonore sont définis sensiblement par la valeur de la charge du condensateur 3 à la'instant t2 qui précède immédiatement la décharge.La valeur de la charge est régulée de manière presque constante quelle que soit la variation de la résistance interne et de la valeur de l'énergie restante de la pile 1, étant donné qu'une pile, telle qu'une pile au mercure, a une force électromotrice tres constante quelle que soit la variation de sa résistance interne pendant la décharge au cours de sa durée de vie. Ainsi, une onde ultrasonore d'intensité régulée à l'instant initial t2,puis jusqu'à l'instant t3, est émise comme indiqué en figure 3(c). Comme la tension du condensateur diminue dans le temps,entre t2 et t3, la pente descendante de la tension compense la caractéristique de montée du transducteur, et par conséquent le temps s'écoulant entre le départ de l'oscillation ultrasonique dans l'oscillateur 7 et la valeur de crête de l'onde est raccourci.Si nécessaire, un moyen approprié peut être prévu, tel qu'un circuit,ayant pour but de réguler la charge du condensateur 3. En utili sant un condensateur 3 de capacité élevée, par exemple de lOOOpF, la durée T3 (figure 1) nécessaire pour obtenir une intensité stabilisée peut être rendue inférieure à la durée T2 correspondant au fonctionnement classique. A l'instant t3, l'oscillation ultrasonique de l'oscillateur 7 cesse et,par conséquent, le signal ultrasonore n'est plus ap pliqué au transducteur 6 à l'instant t3, comme représenté en figure 3(b). Mais, pendant une courte durée, à l'issue de l'instant t3, une onde ultrasonique s' atténuant reste présente par suite de la caractéristique d'inertie mécanique du transducteur 6 comme représenté par la figure 3(c). L'onde ultrasonore est réfléchie par un objet p et l'onde ultrasonore réfléchie est reçue par le transducteur 6 qui émet une sortie électrique répondant à cette onde comme représenté en figure 3(c) (petite onde à partir de l'instant t5). Comme tonde ultrasonore émise a une énergie régulée par la charge du condensateur 3, l'énergie de l'onde ultrasonore réfléchie est également régulée et une détection stable se trouve assurée. La sortie électrique du transducteur 6 est transmise par la porte 8 à l'amplificateur 9 et appliquée au comparateur 10. Comme la porte 8 est conçue pour laisser passer le signal pendant le temps s'écoulant après l'instant t4,celui-ci est appliqué au comparateur 10. Le comparateur 10 a un niveau de référence prédéterminé et compare le signal d'entrée de façon à le discriminer vis-à-vis des bruits.Au moment où il y a détection du fait que le signal d'entrée est supérieur au niveau de reférence, le comparateur 10 envoie un signal de sortie au circuit de comptage de temps 11, lequel compte le temps s'écoulant entre l'instant t2 et l'instant t5. Comme le niveau de l'onde ultrasonique émise et sa courbe d'atténuation sont régulés de manière uniforme par le condensateur 3 pour l'alimentation du moyen générateur d'ondes ultrasonores (4, 5, 6) et que la durée de montée effective de l'onde ultrasonore comprise entre l'oscillation de départ et la stabilisation de l'intensité ultrasonore, est raccourcie, la mesure de distance peut être faite avec précision par rapport à un dispositif classique où un transformateur élévateur est relié directement à une source de tension en courant continu. En d'autres termes, la précision du dispositif de la présente invention est améliorée en adoptant un condensateur 3 de grande capacité, qui est branché de façon à fournir un courant de décharge au transformateur-élévateur 4 de valeur élevée au commencement,puis diminuant progressivement pendant la poursuite de la décharge. Ainsi,la caractéristique de montée de l'onde ultrasonore est améliorée d'une manière telle qu'-il y a raccourcissement de la durée instable s'écoulant entre le démarrage de l'oscillateur 7 et l'instant où l'intensité de l'onde ultrasonore atteint une valeur de crête. La présente invention est intéressante en ce sens que l'appareil photographique n'est soumis à aucun des effets nefastes des bruits ou aux fluctuations de tension, car la charge du condensateur 3 s'effectue par l'intermédiaire de l'impédance 2. Lorsqu'un inducteur est utilisé comme impédance en série 2, la fonction de suppression des bruits est meilleure La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de mesure de distance par ultrasons comprenant - un moyen générateur de signaux ultrasonores (5 + 4a), - un transducteur ultrasonore (6) pour émettre une onde ultrasonore produite par le moyen générateur de signaux ultrasonores et recevoir l'onde ultrasonore réf lé- chie, et produire un signal électrique, et - un moyen (11) pour compter la durée s'écoulant entre l'émission de l'onde ultrasonore et la réception de l'onde ultrasonore réfléchie, caractérisé en ce qu'il comporte - un condensateur (3) pour fournir un courant au moyen générateur de signaux ultrasonores (5 + 4a), ce condensateur étant relié de manière à être chargé par l'intermédiaire d'une impédance (2) à partir d'une source d'énergie en courant continu (1). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impédance (2) est une résistance. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condensateur (3) est relié en série à un enroulement primaire (4a) d'un transformateur-élévateur (4) et à un circuit collecteur-émetteur d'un transistor chopper (5) commandé par un oscillateur (7), l'enroulement secondaire (4b) du transformateur-élévateur (4) étant relié au transducteur ultrasonore (6).