Brevet FR2536174A1 — publié le 19840518

La présente invention concerne un procédé de détection sans con- tact du mouvement d'un objet à structure optiquement différenciéE L'on connaît dans ce but des procédés et dispositifs faisant toutefois en règle générale appel à des systèmes optiques rela- tivement coûteux à réseaux de prismes et grilles fixes et mo- biles Néanmoins les systèmes connus ne permettent qu'une mesure relativement précise de la vitesse, mais pas une indication de la direction du mouvement détecté et en conséquence du parcours effectué par l'objet, dans la mesure o le déplacement n'inter- vient pas toujours dans la même direction. Le but de la présente invention est de décrire un procédé et un dispositif qui autorisent non seulement la détection du mouve- ment d'un objet avec des moyens optiques simples, mais permettent également de détecter la direction du déplacement et en consé- quence pour de nombreux cas des indications suffisamment pré- cises sur le chemin parcouru par l'objet Ce but est atteint par le procédé conforme à la revendication 1 On prévoit de préférence des groupes de respectivement quatre capteurs pour chacune des composantes du mouvement à détecter, d'o sont dérivés des signaux déphasés à partir desquels la grandeur et la direction du déplacement peuvent être déduites. On peut prévoir de préférence comme capteurs une série ou une matrice de photodiodes, ci-dessous intitulées diodes, ou les diodes de la position correspondante sont couplées en parallèle dans chaque groupe. L'invention est maintenant expliquée plus précisément en se référant au dessin qui représente un exemple d'exécution et une variante d'exécution. La figure 1 représente schématiquement la disposition générale du dispositif de mesure, 2 - La figure 2 La figure 3 La figure 4 La figure 5 La figure 6 La figure 7 La figure 8 La figure 1 plan XY, est une optique une série de diodes formant capteurs opto-électri- ques pour une composante du déplacement, représente le montage du capteur avec des préampli- ficateurs, représente la courbe des différents signaux en fonc- tion du déplacement d'une tache de lumière le long du capteur, représente un circuit pour la constitution de sommes et de différences à partir des signaux des capteurs, représente un circuit logique pour la détermination des signaux relatifs à la direction du déplacement, représente les signaux d'entrée et de sortie du circuit conforme à la figure 6 et représente schématiquement un capteur pour la saisie de deux composantes du déplacement. montre comment un objet plat ( 1), mobile dans le représenté sur un capteur opto-électrique ( 3) par ( 2) illustrée schématiquement Vu que les déplacements de l'objet ( 1 l doivent être détectés dans les deux directions XY, le capteur ( 3) représentée figure 1 est constitué sous la forme d'une matrice quadratique de diodes du genre illustré figure 8 Cette matrice est représentée figure 1 quasiment re- produite sur l'objet ( 1) Les diodes sont regroupées en groupes quadratiques de respectivement 16 diodes Nous reviendrons encore brièvement sur la façon dont une mesure de la vitesseou du déplacement peut intervenir dans deux composantes directionnelles. Cependant pour expliquer l'idée à la base de l'invention, nous allons exposer en nous référant aux figures 2 à 7 un exemple simple de détection de la vitesse et par conséquent du chemin parcouru par un objet dans une direction Le dispositif de me- sure est constitué de façon identique à celui conforme à la figure 1, néanmoins une série de diodes( 3 a)conformes à la figure - 3 - 2 est utilisée à la place de la matrice de diodes ( 3) Cette série de diodes est disposée parallèlement à la direction à détecter, par exemple la direction X, c'est-à-dire que les points de l'image de l'objet ( 1) en mouvement devant l'optique ( 2) se déplacent dans la direction longitudinale le long de la série de diodes Les points de l'image de clarté différente provoquent en conséquence des signaux variables dans les diodes, un point ou un signal à la vitesse de l'objet se déplaçant à une vitesse proportionnelle sur la série de diodes Il apparaît en conséquence d'une façon en soi connue des trains de signaux périodiques dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de l'objet et la largeur inversement proportionnelle à chaque diode Comme illustré figure 2 et représenté figure 3 les diodes de la série sont respectivement couplées par groupes de quatre diodes successives A, B, C, D, toutes les diodes A, toutes les diodes B, toutes les diodes C et toutes les diodes D étant couplées en parallèle Il en résulte en conséquence quatre sor- ties A, B, C, D qui contiennent respectivement un amplificateur opérationnel( 4) Les sorties conformes à la figure 3 sont connec- tées conformément à la figure 5 à des circuits d'addition et de soustraction dont un seul est représenté La conception et le mode de fonctionnement des circuits conformes à la figure 5 sont sans autres difficultés évidents et ne seront pas ici expliqués plus précisément Le signal I apparaît comme suit à la sortie I: I = (A+B) (C+D) Un second circuit identique, aux entrées duquel les signaux sont appliqués dans l'ordre B, C, A, D fournit le signal suivant: II = (B+C) (A+D) On additionne donc dans un canal respectivement les signaux des deux premières diodes A et B et l'on constitue la différence par rapport à la somme des signaux des deux dernières diodes C et D de chaque groupe Si l'on considère le passage d'un 2536-1 74 -4- point d'image ou d'une tache de lumière ou d'une tache d'ombre sur un groupe de diodes A-D comme une période de 3600 ou de 2)t, on reconnaît immédiatement que les signaux A*B et C+D sont alors en opposition de phase Les composantes, comme par exemple la luminosité moyenne de la partie d'objet observée, quin'est pas consécutive au passage de points d'image, sont éliminées de là différence de ces signaux L'on obtient en conséquence un signal qui présente seulement une fréquence proportionnelle à la vitesse de déplacement à détecter La même chose est applicable au signal II, qui cependant est décalé de 900 ou Jt/2 par rapport à la période ci-dessus mentionnée. Ces relations sont visualisées figure 4, le temps de passage d'un point d'image et par conséquent la direction longitudinale de la série de diodes étant portées figure 4 en haut dans la direction verticale, alors que différentes positions d'un point lumineux ( 5) se déplaçant le long de la série de diodes sont représentées dans la direction horizontale Il est évident que pour la première position du point lumineux en bas à gauche, le signal A+B est maximal, C+D minimal, le signal B+C sur une valeur moyenne et le signal A+D également sur une valeur moyenne. Dans la seconde position à gauche du point image ou lumineux, les signaux A+B et C+D sont sur une valeur moyenne, alors que le signal B+C présente une valeur maximale et le signal A+D une valeur minimale, Il est facile de constater que les quatre sig- naux qui viennent d'être mentionnés présentent une courbe pério- dique, mais sont cependant déphasés Les signaux A+B, C+D, de même que respectivement les signaux B+C et A+D sont en opposi- tion de phase La soustraction de ces signaux en opposition de phase donne des signaux de même fréquence et d'amplitude double, les signaux parasites ci-dessus mentionnés étant éliminés Toute fois, pour simplifier l'illustration, ces signaux parasites ne sont pas non plus représentés sur les signaux A+B, C+D, B+C et A+D. - 5 3 L'on obtient donc aux sorties I et II des circuits conformes à la figure 5 les signaux déphasés représentés figure 7, qui sont également désignés par I et II Ces signaux sont amenés aux entrées du circuit logique conforme à la figure 6 Etant donné que tous les éléments de commande de ce circuit sont clairement représentés, une description de ce circuit et de son fonctionne- ment est superflue Mentionnons uniquement que les portes ET ( 6) et ( 7) avec les entrées RC correspondantes et l'inverseur ( 8) délivrent respectivement une impulsion de sortie de durée relativement courte jusqu'à la décharge du condensateur C à la suite d'un flanc montant ou descendant du signal II, laquelle impulsion décide avec le reste de la logique si une série d'im- pulsions conformes à la figure 7 apparaît à la sortie ( 9) ou la sortie ( 10) Le signe "+" ou "-" sur les sorties ( 9) et ( 10) signifie qu'une série d'impulsions sur la sortie ( 9) indique un déplacement en avant, une série d'impulsions sur la sortie ( 10) un déplacement en arrière Les deux signaux I et II déphasés du quart d'une période permettent de différencier le déplacement en avant et en arrière-par le circuit logique conforme à la figure 6, en cas de déplacement en avant (+) les impulsions apparaissan avec le signal II décroissant et le signal I bas, ainsi qu'avec le signal II croissant et le signal I haut En cas de déplacemen en arrière t-), les impulsions apparaissent par contre avec le signal Il croissant et le signal I bas et avec le signal II décroissant et le signal I haut Comme mentionné, des impulsions n'apparaissent qu'à une sortie ( 9) ou ( 10) pour une direction déterminée du déplacement et ces impulsions indiquent non seule- ment la direction du déplacement par leur existence, mais égale- ment la vitesse par leur fréquence Les impulsions apparaissant à la sortie ( 9) peuvent être additionnées dans un compteur-dé- compteur non représenté et les impulsions apparaissant à la sortie ( 10) soustraites de telle manière que l'état du compteur donne une indication de la totalité du chemin parcouru par l'objet Dans un autre circuit non représenté mais en soi connu, I -6- on peut déterminer la vitesse instantanée de l'objet à partir de la fréquence correspondante des impulsions, que ce soit d'un signal I ou II et que ce soit à partir d'un signal sur une des sorties ( 9) ou ( 10) Il est donc possible de détecter le déplace- ment d'un objet en direction et en importance, en entendant sous importance aussi bien la vitesse instantanée que le déplacement ou chemin total effectué à partir d'un instant déterminé On peut aussi naturellement constituer des valeurs moyennes pour la détection d'une vitesse moyenne. Alors que seuls 3 groupes de respectivement quatre photodiodes sont représentés figure 2, on utilise dans la pratique des séries de diodes considérablement plus longues, qui sont couplées de façon correspondante par groupes de quatre. Mentionnons uniquement en ce qui concerne la forme d'exécution conforme à la figure 8 à matrice à diodes que les diodes désig- nées portant le même numéro y sont respectivement couplées Con- formément aux indications ci-dessus, les domaines déphasés cor- respondants sont analysés aussi bien dans la direction X que dans la direction Y pour obtenir les signaux déphasés I x et I Ix ou Iy et I Iy sur la base desquels l'importance et la direction des deux composantes du déplacement peuvent être détectées Sur le plan calcul, ceci équivaut à: Ix ( 11 + 21 + 31 + 41) + ( 12 + 22 + 32 + 42) - ( 13 + 23 + 33 + 43) + ( 14 + 24 + 34 + 44) I Ix= ( 12 + 22 + 32 + 42) + ( 13 + 23 + 33 + 43) - ( 11 + 21 + 31 + 41) + ( 14 + 24 + 34 + 44) I = ( 11 + 12 + 13 + 14) + ( 21 + 22 + 23 + 24) - ( 31 + 32 + 33 + 34) + ( 41 + 42 + 43 + 44) Il = ( 21 + 22 + 23 + 24) + ( 31 + 32 + 33 + 34) - Y ( 11 + 12 + 13 + 14) + ( 41 + 42 + 43 + 44) 2-536174 7 - Revendications 1 Procédé de détection sans contact du déplacement d'un objet ( 1) de structure optiquement différenciée, caractérisé par le fait que l'objet ( 1) est représenté sur une grille ( 3,3 a) de capteurs opto-électriques ( 3), que l'on conclut au déplacement à partir de fractions périodiques des signaux se présentant sur les capteurs et que l'on déduit de groupes (A-D) de capteurs des signaux déphasés à partir desquels on détermine l'importance et la direction du déplacement. 2 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que sont prévus pour chacune des composantes du déplacement à détecter des groupes de quatre capteurs A à D à partir desquels sont déduits les signaux I = (A+B) (C+D) ainsi que II= (B+C) (D+A). 3 Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que les signaux I et II sont amenés sous forme de signaux rectangulaires périodiques à un circuit logique dans lequel la direction du déplacement est analysée. 4 Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une mesure du déplacement est effectuée par comptage des impulsions. Procédé conforme aux revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'une matrice ( 3) de capteurs est prévue et que sont prévus les signaux de détection de 1 'im- portance et de la direction de deux composantes du déplacement (figure 8) - -8- 6 Dispositif de réalisation du procédé conforme à la reven- dication 1, caractérisé par le fait qu'une série de photodiodes ( 3 a) ou une matrice de photodiodes ( 3) est prévue comme capteur, les photodiodes (A-D) de la position correspondante étant coup- lées en parallèle dans chaque groupe. 7 Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé par un circuit (figure 5) pour la constitution des signaux. I = (A+B) (C+D) et II= (B+C) (D+A) à partir des signaux des photodiodes A à D et par un circuit logique (figure 6) pour la constitution de signaux (+,-) indi- quant la direction à partir des signaux déphasées I et II. 8 Dispositif conforme à la revendication 6, avec une matrice de photodiodes ( 3), caractérisé par le fait que les photodiodes ( 11,12,13,14, 41,42,43,44) disposées dans les rangées corres- pondantes de chaque groupe, ou les photodiodes ( 11,21,31,41, 14,24,34,44) disposées dans les colonnes correspondantes sont reliées entre-elles, les signaux de sortie des rangées de photo- diodes servant à la détection du déplacement dans une direction de coordonnée et les signaux de sortie des colonnes de photo- diodes à la détection du déplacement dans l'autre direction de coordonnée.