Brevet FR2527793A1 — publié le 19831202

le 3 COMMUTATEUR OPTIQUE La présente invention concerne les commutateurs optiques c'est-à-dire en fait les dispositifs qui permettent, par tout moyen, de délivrer une information sous forme lumi- neuse à au moins deux niveaux, c'est-à-dire à partir d'un signal lumineux appliqué à l'entrée, ayant une cer- taine valeur, obtenir à la sortie du dispositif, un si- gnal lumineux correspondant pouvant avoir deux valeurs comme par exemple la présence totale du faisceau lumi- neux ou son absence qui se représente notamment dans le domaine numérique par un 1 et un 0. Cependant, le commutateur optique selon l'invention peut aussi présenter toute la gamme des valeurs des faisceaux lumineux comprises entre ces deux états suivant éventuel- lement la configuration de structure que peut lui donner l'homme de l'art. Bien entendu, il existe un certain nombre de dispositifs du type commutateur optique qui comprennent essentiel- lement un moyen pour émettre un faisceau lumineux sur un trajet donné, un récepteur de ce faisceau disposé sur ce trajet optique à une certaine distance de la source, et un moyen commandable permettant d'occulter le faisceau lumineux entre la source et le récepteur. Bien entendu, un des principaux intérêts d'un tel commu- tateur optique est qu'il présente le minimum d'encombre- ment. Pour cela, on a généralement utilisé comme partie de source lumineuse, des fibres optiques transportant un faisceau lumineux émis par une source disposée à un certain endroit, et comme récepteur, une deuxième fibre optique recevant le faisceau lumineux émis par la pre- *mière couplée avec une cellule photosensible de traite- ment. Généralement, pour minimiser l'encombrement d'un tel commutateur, il est apparu avantageux de disposer les deux fibres optiques émettrice et réceptrice sensible- ment parallèles l'une à l'autre, et de les coupler de façon à ce que le faisceau émis par l'une puisse être - reçu par Vautre au moyen par exemple de surface réflé- chissante tels que par exemple deux prismes de renvoi ou deux miroirs plan. Ce dispositif donne en théorie de bons résultats, mais présente néanmoins un inconvénient, du moins de type structurel, car il est relativement difficile de posi- tionner l'une par rapport à l'autre les deux fibres optiques, et les deux moyens réfléchissants, qui soient prismes de renvoi ou miroirs réfléchissants. 1.5 Aussi, la présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un commutateur optique don- nant d'aussi bons résultats que ceux de l'art antérieur, mais d'une structure ne présentant pas de difficulté de réalisation et de montage. Plus précisément, la présente invention a pour objet un commutateur optique comprenant: des moyens source pour émettre un faisceau lumineux suivant un premier chemin optique, des moyens récepteur pour recevoir ledit faisceau lu- mineux suivant un deuxième chemin optique, des moyens de couplage par réflexion des deux dits premier et second chemins optiques en passant par un troisième chemin optique, des moyens d'occultation commandables dudit faisceau sur ledit troisième chemin optique, caractérisé par le fait que lesdits moyens de couplage par réflexion des deux dits premier et second chemins _Optiques comportent au moins deux portions de surface réfléchissante, ces deux dites portions appartenant à une meme surface unitaire ayant une symétrie de révolu- tion autour d'un axe. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les premier et second chemins optiques, ainsicpue ledit axe sont sensiblement parallèles. Selon une autre caractéristique de la présente invention, ladite surface unitaire est une surface conique. Selon une autre caractéristique de la présente invention, ladite surface est une surface conique courbe, concave de révolution. Selon une autre caractéristique de la présente invention, lesdits moyens de couplage forment une image objet des- dits moyens source sensiblement sur lesdits moyens ré- cepteurs. Selon une autre caractéristique de la présente invention, lesdits moyens de couplage forment au moins un objet image source sensiblement sur ledit troisième chemin optique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront au cours de la description sui- vante donnée en regard des dessins annexés à titre il- lustratif mais nullement limitatif, dans lesquels la figure 1 représente, vu en coupe sous forme schéma- tique, un mode de réalisation d'un commutateur optique selon l'invention, et, les figures 2 et 3 représentent deux schémas permettant de préciser la structure et le fonctionnement de deux modes de réalisation d'un commutateur optique selon l'in- vention en conformité avec le mode illustré sur la fi- gure l. En revenant plus particulièrement à la figure 1, celle- c 1 i' représente, sous forme schématique transversale, un mode de réalisation d'un commutateur optique comprenant des premiers moyens source, comme par exemple une fibre optique 1 véhiculant un faisceau lumineux 2 qui émerge de l'extrémité 3 de la fibre 1 pour donner naissance un faisceau lumineux divergent 4. Une seconde fibre optique 5 constituant des moyens de réception comporte une face d'entrée 6 qui est couplée avec la face de sortie 3 de la fibre optique 1 par des moyens de couplage du type réfléchissants 7. Ces moyens de couplage 7 sont constitués par une pièce formant une couronne 8 dont la face intérieure 9 pré- sente une symétrie de révolution autour d'un axe 10. La surface 9 peut être constituée par une surface coni- que ou par une surface ayant une courbure concave comme- représenté sur la figure toujours de révolution autour de l'axe 10, par exemple une zone sphérique. Les deux fibres optiques 1 et 5 respectivement émettrice et réceptrice, sont disposées de façon que l'axe optique 11 définissant le chemin optique de sortie du faisceau 4 soit couplé avec l'axe optique 12 définissant le chemin de captation de la fibre 5 par un troisième chemin opti- que 13 donné par les réflexions sur les deux portions de surface 14 et 15 de la surface 9. De façon évidente, la surface 9 sera réalisée, par exem- ple, sur une pièce en matière plastique ou éventuelle- ment en verre, métallisée pour avoir un bon coefficient de réflexion, ou même en métal poli. De façon avantageuse, les axes optiques 11 et 12, ainsi que l'axe 10 de révolution sont parallèles. De ce fait, la position de la pièce 8 n'a pas besoin d'$tre positionnée de façon précise et même une légère différence de parallélisme entre l'axe 10 et les axes optiques Il et 12 donnerait néanmoins de bons résultats comme il sera explicité ci-après. Cependant, ces axes 10,11,12 devront tendre à Otre et rester de préférence parallèles. De plus, ce commutateur comprend des moyens d'occulta- tion commandables, tels que par exemple un bouton pres- sion 20 soumis à l'action d'un ressort 21, et ayant une partie 22 qui puisse venir, lorsque l'on appuie sur la tête 20 du bouton, dans le tra Jet du faisceau lumineux se propageant suivant l'axe optique 13. Le fonctionnement du dispositif illustré sur la figure 1 est notamment donné en regard des figures 2 et 3. Ainsi, le faisceau lumineux 2, qui est introduit dans la fibre 1, lorsqulil émerge de celle-ci, a une tendance naturelle à diverger notablement comme cela est repré- senté sur la figure 1. Cependant, ce faisceau 4 rencontrant la surface concave 9 qui est couplée avec la surface concave 15 est foca- lisé par deux focalisations successives sensiblement sur la face d'entrée 6 respectivement par les deux surfaces concaves 14 et 15. L'homme de l'art pourra facilement définir avec une assez bonne approximation la position des faces 3 et 6 des deux fibres en fonction notamment de la valeur de la courbure dans deux plans perpendiculaires des deux portions 14 et 15, de la valeur de la divergence du faisceau 4, de façon que la face 3, constituant une source objet, donne naissance, par les deux focalisa- tions successives sur les faces 14 et 15, à une image sensiblement focalisée sur la face 6 d'entrée de la fibre 5. Sur la figure 2, il appara t, notamment en vue de des- sus du dispositif selon la figure 1, la tâche lumineuse que forme le faisceau lumineux 4 sur la surface ré- fléch Lssante 14, et o l'on voit que ce premier faisceau sensiblement conique subit une première focalisation pour donner naissance à un faisceau 31 suivant l'axe optique 13 pour venir donner une deuxibme tâche lumi- neuse 32 sur la surface réfléchissante 15 qui subit alors une deuxième réflexion convergente pour venir se focaliser sur la face d'entrée 6 de la fibre 5. En vue de dessus, il appara t l'extrémité 22 consti- tuant la partie occultante du bouton pression 20 et l'on voit que dans ce mode de réalisation, la section de cette extrémité 22 est notablement plus faible que la section du faisceau 31 et, par conséquent, dans ce cas, il sera nécessaire que l'extrémité 22 occulte con- sidérablement ce faisceau 31 pour que les variations du faisceau obtenues en sortie de la fibre 5 soient si- gnificatives car un léger déplacement de cette extrémi- té 22, notamment transversal, ne donnerait pas de ré- sultat significatif. Pour cela, afin d'améliorer la sensibilité du disposi- tif, il est possible de calculer un rayon de courbure de la surface réfléchissante 14, et, en conséquence, celle de la surface 15, pour que cette première surface réfléchissante 14 donne, de l'extrémité 3 de la fibre émettrice 1, une image objet sensiblement sur le tra Jet ou chemin optique défini sur l'axe 13, comme cela appa- ra t en vue de dessus sur la figure 3, la surface ré- fléchissante 15 donnant alors de cette objet image in- termédiaire 4 i une image focalisée sur l'extrémité 6 de la fibre optique 5. On s'aperçoit donc dans ce cas que l'épaisseur du fais- ceau lumineux sur l'axe optique 13 est beaucoup plus faible et, en conséquence, un léger déplacement de l'ex- trémité 22 du bouton pression 20 entra ne des variations de quantité de lumière beaucoup plus importantes à la sortie notamment de la fibre réceptrice 5. ien entendu, dans le commutateur tel qu'illustré sur la figure 1, le faisceau lumineux 2 peut Otre donné par toute source lumineuse, et notamment par exemple par une diode laser du type As Ga, et le faisceau reçu par la fibre 5 peut, bien entendu, être traité 6 de façon vi- suelle mais avantageusement il peut 4 tre couplé avec une cellule photosensible connecté à tout appareil électronique de traitement. Le commutateur tel qu'illustré sur les figures 1 à 3 peut trouver de nombreuses applications, notamment dans tous les systèmes de transmission par câble de fibres optiques, mais aussi dans les robots comportant des bras de préhension afin par exemple de détecter la présence d'un objet. En effet, dans ce cas, si en déplaçant le commutateur optique qui sera éventuellement placé sur un bras pal- peur, il vient par l'intermédiaire de la tête 20 du bouton pression au contact d'un objet, l'extrémité 22 interfère avec le faisceau lumineux sur le troisième chemin optique 13, ce qui entra ne de ce fait une va- riation correspondante du signal lumineux à la sortie de la fibre 5 Cette variation est donc l'interpréta- tion de la présence d'un objet qui a été touché. Bien entendu, les moyens qui ont été donnés représen- tent qu'un mode de réalisation et que ceux-ci peuvent atre éventuellement modifiés tout en restant dans le cadre de l'invention, sans pour cela en changer sa portée. Notamment, il a été mentionné le terme "focalisation". Aussi, il faut le prendre dans le sens d'une possibili- té de réflexion convergente qui permet de concentrer un maximum de faisceaux vers un point et que, bien en- tendu, on peut admettre malgré tout des pertes si l'ima- ge focalisée n'est pas exactement d'une dimension vou- lue par rapport par exemple à l'entrée de la fibre opti- que De même, par moyen d'occultation commandable, il faut entendre tous moyens qui permettent, par une commande, soit manuelle, automatique ou par tout autre procédé, de passer dans le faisceau lumineux suivant l'axe opti- que 13 pour pouvoir occulter tout ou partie du faisceau lumineux. A titre d'exemple, en plus du bouton-pression illustré, on peut citer par exemple un codeur angulaire constitué par exemple par une roue comportant alternativement des TO zones opaques et transparentes, un fil, etc. De même, il a été mentionné que la surface de révolution pouvait avoir un axe parallèle à l'axe des fibres opti- ques, mais il est possible d'obtenir une surface de ré- volution dont l'axe soit perpendiculaire à la direction de ces deux fibres optiques; bien entendu, pour certains cas d'application, cet axe peut avoir des directions comprises entre ces deux zones mentionnées ci-dessus. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1/ Commutateur optique comprenant: des moyens source ( 1,2,3) pour émettre un faisceau lumineux ( 4) suivant un premier chemin optique ( 11), des moyens récepteurs ( 5,6) pour recevoir ledit faisceau lumineux ( 4) suivant un deuxième chemin opti- que ( 12), des moyens de couplage ( 7) par réflexion des deux dits premier et second chemins optique en passant par un troisième chemin optique ( 13), des moyens d'occultation ( 20,22) commandables du- dit faisceau sur ledit troisième chemin optique ( 13), caractérisé par le fait que lesdits moyens de couplage par réflexion des deux dits premier et second chemins optiques comportent au moins deux portions de surface ( 14,15) réfléchissante, ces deux dites portions appar- tenant à une même surface unitaire ayant une symétrie re révolution autour d'un axe ( 10). 2/ Commutateur optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les premier ( 11) et se- cond ( 12) chemins optiques, ainsi que ledit axe ( 10) sont sensiblement parallèles. 3/ Commutateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite surface unitaire est une surface conique. 4/ Commutateur selon la revendication 3, carac- térisé par le fait que ladite surface est une surface conique courbe, concave de révolution / Commutateur selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que lesdits moyens de couplage for- ment une image objet desdits moyens source ( 3) sensi- blement sur lesdits moyens ( 6) récepteur 6/ Commutateur selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que lesdits moyens de couplage for- ment au moins un objet image source ( 4) sensiblement sur ledit troisième chemin optique ( 13).