Brevet FR2522164A1 — publié le 19830826

On emploie souvent des moyens optiques pour former des signaux électriques qui sont ensuite traités par des circuits électroniques Les codeurs de position ne constituent qu'un exemple d'appareils utilisant de tels moyens, ils sont habituellement constitués de deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre et portant chacun un diagramme d'un type quelconque Une source lumineuse et un dispositif photo- sensible coopèrent avec les deux éléments pour former un signal électrique qui peut servir à déterminer la direction et l'amplitude du mouvement relatif des deux éléments. Dans la plupart des applications, un signal électrique carré convient, en particulier s'il est utilisé pour faire fonctionner des circuits numériques Il y a cependant des cas o des circuits électroniques analogiques complexes sont employés pour utiliser les signaux Dans de telles circons- tances, il est préférable que le signal électrique formé par la méthode optique soit sinusoïdal avec un taux d'harmoniques aussi faible que possible. La présente invention a donc pour objet de proposer des moyens optiques de formation d'un signal sinusoïdal ayant un faible taux d'harmoniques, comprenant un premier élément porteur d'un diagramme dont la transmissivité optique varie le long d'un axe de manière sinusoïdale, un second élément porteur d'une ouverture ayant une largeur le long dudit axe comprise entre un quart et trois-quarts de la longueur d'onde dudit diagramme sinusoïdal, un dispositif photo"sensible répondant à la lumière qui traverse ladite ouverture et ledit diagramme en provenant d'une source lumineuse et des moyens d'établissement d'un mouvement relatif entre le premier et le second élément dans une direction parallèle audit axe. La présente invention a également pour objet de proposer un codeur de position comprenant des moyens identiques à ceux qui ont été spécifiés dans le paragraphe ci-dessus, le premier élément étant porté par l'une de deux pièces mobiles -l'une par rapport à l'autre dans une direction parallèle audit axe. et le second élément étant porté par la seconde des deux pièces. On va maintenant décrire l'invention en se reportant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente la forme du diagramme du premier élément; la figure 2 illustre le montage optique; la figure 3 représente une forme de réalisation pratique de l'invention; la figure 4 représente un détail d'une variante de la forme de réalisation de la figure 3; et la figure 5 représente une partie d'un codeur d'arbre utilisant l'invention. En se référant maintenant à la figure 1, on voit que le premier élément 10 en matériau opaque ou porteur d'un revête- ment opaque porte un diagramme en forme de fente 11 de largeur variable avec des bords sinusoïdaux Un second élément 12 porte une ouverture 13 ayant une largeur égale à environ une demi-longueur d'onde du diagramme sinusoïdal Si les deux éléments se déplacent l'un par rapport à l'autre, dans une direction parallèle à la longueur de la fente 11, comme l'indique la flèche 14, la quantité de lumière qui traverse à la fois le diagramme et la fente variera selon une sinusoïde. La figure 2 représente les autres composants nécessaires à la formation d'un signal électrique sinusoïdal Les deux éléments 10 et 12 sont placés côte à côte et parallèles l'un à l'autre avec une source lumineuse 15 d'un côté et un dispositif photo-sensible 16 de l'autre côté Des montages de ce type sont bien connus et les éléments optiques comme des lentilles n'ont pas été indiqués. Pour former le signal nécessaire, il faut établir le mouvement relatif entre les deux éléments Ceci se fait très facilement en réalisant l'un d'eux en forme de disque, que l'on peut ensuite faire tourner tandis que l'autre élément est fixe Etant donné que l'ouverture 13 est plus facile à former, il est commode de construire un disque portant un certain nombre d'ouvertures tandis que l'élément fixe porte le diagramme sinusoïdal La figure 3 représente un tel montage, avec un élément stationnaire ou repère, illustré - en 17 et le disque rotatif ou échelle en 18. En pratique, afin d'éviter les erreurs provenant de l'irrégularité de la source lumineuse ou de la réponse de l'élément photo-sensible dans sa zone sensible, il est commode d'avoir un certain nombre d'ouvertures sur l'échelle recouvrant un certain nombre de diagrammes sinusoïdaux du repère Les centres des ouvertures doivent être espacés de la longueur d'onde du diagramme de façon à ce que les variations de la lumière traversant chaque ouverture soient en phase Dans le cas d'un échelle tournante, les ouvertures doivent être disposées radialement et ne doivent pas être exactement parallèles les unes aux autres, et de la même manière les diagrammes sinusoïdaux doivent être disposés avec des longueurs d'onde adaptées à l'espacement des ouvertures La figure 4 représente une partie d'une telle échelle et d'un tel repère Comme l'indique la figure 4, le repère 17 porte trois diagrammes sinusoïdaux 11 disposés parallèlement l'un à l'autre L'échelle 18, dont on ne voit qu'une partie, comprend un certain nombre d'ouvertures 13, quatre dans le cas illustré,-dont chacune s'étend sur un demi-cycle de chaque diagramme sinusoïdal Un seul dispositif photo-sensible répond à la lumière traversant la totalité des quatre ouvertures C'est une technique connue pour l'élimination de certaines erreurs Il est également possible d'appliquer des techniques connues pour éliminer les tensions continues de décalage de la sortie sinusoïdale Une première technique consiste à employer le même dispositif photo- sensible pour répondre également à la lumière traversant un second jeu de raies variables selon une sinusoïde Ces éléments coopèrent avec un jeu de fentes disposées de façon à ce que les variations de la lumière reçue par le dispositif photo-sensible en provenance des deux jeux de raies soient en opposition de phase. La largeur des ouvertures 13 n'est pas nécessairement égale exactement à une demi-longueur d'onde du diagramme sinusoïdal Des largeurs comprises entre un quart et trois quarts de longueur d'onde sont convenables, mais les centres des ouvertures doivent être séparées d'une longueur d'onde. L'avantage particulier de l'ouverture égale à une demi- l O longueur d'onde est l'annulation complète des harmoniques paires de la sortie du détecteur et la réduction des harmoniques impaires d'un facteur égal à leur numéro d'harmonique La présence des harmoniques est due aux imperfections dans la forme du diagramme sinusoïdal D'autres largeurs des fentes réduisent le taux d'harmoniques, mais dans une moindre mesure. Comme cela a déjà été suggéré, les moyens générateurs de signaux sinusoïdaux définis ci-dessus peuvent être utilisés comme dispositifs codeurs de position Dans le cas de la forme de réalisation des figures 3 et 4, ces moyens peuvent être utilisés comme codeurs d'angle de rotation d'un arbre, en utilisant des circuits électroniques appropriés Mais, pour déterminer la direction de la rotation du disque, il est nécessaire d'ajouter un autre diagramme ou un autre jeu de diagrammes Il y a aussi des enveloppes sinusoïdales mais elles sont décalées d'un quart de longueur d'onde de façon à constituer, en liaison avec un jeu distinct d'ouvertures et un dispositif photo-sensible distinct, une sortie cosinusoidale L'association-des signaux sinusoïdaux et cosinusoidaux permet de déterminer la direction de rotation du disque La figure 5 représente les pièces intéressantes de l'échelle et du repère dans le cas d'un codeur d'arbre délivrant des sorties sinusoïdales et cosi- nusoidales Un montage du même type est utilisable pour un codeur linéaire de position, auquel cas l'échelle est un élément rectiligne allongé avec des ouvertures parallèles et non plus un disque portant des ouvertures radiales. La transmissivité optique variant selon une sinusoïde qui est nécessaire peut être obtenue par d'autres moyens que la bande transparente avec des bords sinusoidaux Il est par exemple possible d'obtenir le même effet en utili- sant un certain nombre de lignes parallèles avec des rapports marque/espace variables On peut aussi utiliser à titre de variante un film ou un revêtement ayant une densité variant selon une sinusoïde. On admettra que la spécification nécessaire à la production d'une sinusoïde à faible taux d'harmoniques dépend du mouvement relatif entre les deux éléments cités, quel que soit celui d'entre eux qui est mobile ou stationnaire. L'onde sinusoïdale (ou cosinusoidale) produite a un très faible taux d'harmoniques et peut être traitée électronique- ment avec peu ou pas de distorsion. REVENDICATIONS 1 Moyens optiques de formation d'un signal sinusoïdal à faible taux d'harmoniques caractérisés par un premier élément porteur d'un diagramme à transmissivité optique variable sinusoidalement le long d'un axe, un second élément porteur d'une ouverture ayant le long de cet axe une largeur comprise entre le quart et les trois-quarts de la longueur d'onde du diagramme sinusoïdal, un dispositif photo-sensible répondant à la lumière provenant d'une source lumineuse et traversant ladite ouverture et ledit diagramme, et des moyens d'établissement d'un mouvement relatif entre le premier et le second éléments dans une direction parallèle audit axe. 2 Moyens optiques selon la revendication 1, caracté- risés en ce que le diagramme de transmissivité optique variable selon une sinusoïde est constitué d'une bande transparente de largeur variable ayant des bords formés par deux ondes sinusoïdales de même longueur d'onde et en opposition de phase. 3 Moyens optiques selon l'une des revendications précédentes caractérisés en ce que l'un des premier et second membres a la forme d'un disque tournant, l'autre membre étant fixe par rapport au disque. 4 Moyens optiques selon la revendication 3, caracté- risés en ce que l'élément stationnaire est le premier élément porteur dudit diagramme, le disque tournant portant une pluralité d'ouvertures dont les centres sont séparés les uns des autres d'une longueur d'onde dudit diagramme. Appareil optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque ouverture a le long de l'axe une largeur égale à la moitié de la longueur d'onde du diagramme sinusoïdal. 6 Appareil optique selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que le premier élément porte un certain nombre de diagrammes sinusoïdaux en phase, une partie de chaque diagramme étant alignée simultanément avec lesdites ouvertures. 7 Codeur de position comprenant des moyens optiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier élément est porté par l'une de deux pièces mobiles l'une par rapport à l'autre, dans une direction parallèle audit axe et en ce que le second élément est porté par la seconde des deux pièces. 8 Codeur de position selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier élément porte aussi un second diagramme de transmissivité optique variable sinu- soldalement le long dudit axe, le premier et le second diagramme étant déphasé de 90 l'un par rapport à l'autre.