Brevet FR2563015A1 — publié le 19851018

L'invention concerne un appareil perfectionné de distribution et de détection d'énergie rayonnante destiné à être utilisé avec un dispositif conçu pour déterminer la position d'un objet dans une zone cible, lequel dispositif est configuré pour renvoyer l'énergie rayonnante à son point d'entrée dans la zone cible après que cette énergie rayonnante a parcouru la zone cible. Le dispositif destiné à déterminer la position d'un objet dans une zone cible, tel que prévu dans cette demande, est un dispositif d'entrée à écran optique à contact du type général décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N" 492 859, déposée le 9 mai 1983. Un important problème de conception posé par les dispositifs à fonctionnement optique est du à la sensibilité de ces dispositifs aux effets de la lumière ambiante présente dans l'environnement de travail du dispositif. Certains des moyens utilisés jusqu'à présent pour atténuer cette sensibilité à la lumière ambiante dans de tels dispositifs ont fait appel à des procédés tels que l'établissement de valeurs de seuil minimales de la lumière ambiante à laquelle le dispositif réagit, une filtration de la lumière utilisée par le dispositif pour rétrécir la bande du spectre de lumière à laquelle le dispositif réagit, et une installation de chicanes à proximité du détecteur d'énergie rayonnante du dispositif pour empecher la lumière ambiante d'atteindre le dispositif détecteur. Toutes ces solutions présentent des inconvénients tels qu'une diminution de la sensibilité du dispositif, un coût supplémentaire de fabrication du dispositif et des exigences rigoureuses d'alignement des divers éléments du dispositif. De plus, la diffusion naturelle des faisceaux lumineux lorsqu'ils parcourent la zone cible a pour résultat une limitation de la résolution du dispositif. L'invention concerne un appareil perfectionné de distribution et de détection d'énergie rayonnante destiné à être utilisé avec un dispositif conçu pour déterminer la position d'un objet dans une zone cible, lequel dispositif est configuré de façon à renvoyer l'énergie rayonnante à son point d'entrée dans la zone cible après que cette énergie rayonnante a parcouru la zone cible. La présente invention utilise un dispositif d'émission d'énergie rayonnante, tel qu'une diode laser, qui émet un faisceau de lumière collimatée suivant un trajet principal, dans une première direction vers un dispositif de balayage. Ce dernier distribue par balayage un faisceau physiquement distinct d'énergie rayonnante sur la zone cible du dispositif associé et il provoque le balayage de faisceaux distincts d'énergie rayonnante revenant de cette zone cible. La présente invention utilise en outre des moyens de réfraction pour modifier la direction de l'énergie rayonnante et des moyens de détection afin de détecter la présence de l'énergie rayonnante. Les moyens d'émission sont fixes. Les moyens de balayage comprennent un boîtier, des moyens d'entraine- ment destinés à faire tourner le boîtier autour d'un axe de rotation et des moyens réfléchissants fixés à l'intérieur du bottier.. Les moyens réfléchissants suivent la rotation que le- boitier effectue sous l'action des moyens d'entrarnement afin que ces moyens réfléchissants modifient la direction du faisceau collimaté d'énergie rayonnante, provenant du trajet du faisceau principal, et réalisent une distribution par balayage du faisceau collimaté d'énergie rayonnante sur la zone cible pendant que le boîtier, portant les moyens réfléchissants, tourne sur l'axe de rotation. Le boîtier présente une première ouverture centrée sensiblement sur l'axe de rotation et sur le trajet du faisceau principal afin de permettre l'entrée du faisceau collimaté d'énergie rayonnante à l'intérieur du bottier par cette première ouverture, quelle que soit l'orientation en rotation du bottier. Ce dernier présente également une seconde ouverture placée de façon appropriée pour permettre au faisceau collimaté de sortir du bottier vers la zone cible et aux faisceaux d'énergie rayonnante revenant de la zone cible d'entrer dans le bottier vers les moyens réfléchissants situés à l'intérieur de ce dernier, lesquels moyens réfléchissants sont disposés de façon appropriée pour renvoyer les faisceaux de retour dans un second sens le long du trajet du faisceau principal, le second sens étant sensiblement opposé au premier sens.Par conséquent, le faisceau d'énergie rayonnante sortant du boîtier par la seconde ouverture balaye la zone cible pendant la rotation du bottier ; la vitesse de rotation du bottier est suffisamment basse, par rapport à la vitesse du faisceau collimaté d'énergie rayonnante, pour que ce faisceau collimaté, après avoir parcouru la zone cible, revienne à peu près instantanément à l'intérieur du bottier, sous la forme d'un faisceau de retour, par la seconde ouverture de façon à se réfléchir sur les moyens réfléchissants et à passer dans la première ouverture, dans le second sens le long du trajet du faisceau principal. Des moyens de réfraction sont disposés sur le trajet du faisceau principal et affectent les faisceaux incidents revenant de la zone cible par l'intermédiaire des moyens réfléchissants afin de diviser ces faisceaux incidents en premières et secouées composantes de faisceau. Les premières composantes de faisceau sont sensiblement des prolongements des faisceaux incidents et les secondes composantes de faisceau sont décalées angulairement par rapport aux faisceaux incidents. Des moyens de détection sont disposés de façon à recevoir les secondes composantes de faisceau et de détecter ainsi la présente ou l'absence de lumière pour un déplacement angulaire donné du bottier lorsque ce dernier tourne et balaye la zone cible pour rechercher la présence de lumière. L'absence de lumière indique la présence d'un objet à l'origine d'une antre dans la zone cible. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, les moyens réfléchissants situés à l'intérieur du boîtier sont masqués d'une manière formant une bande réfléchissante étroite située sur le trajet du faisceau principal. L'utilisation d'un faisceau collimaté réduit notablement les effets de dispersion de la lumière lorsque celle-ci suit ses divers trajets à partir des moyens d'émission, comme décrit précédemment, parcourt la zone cible et revient vers les moyens de détection par ses divers trajets. La résolution du dispositif est ainsi notablement améliorée. Un choix approprié de la largeur de la bande réfléchissante formée par le masquage des moyens réfléchissants et des dimensions des première et seconde ouvertures du bottier permet d'éviter toute interférence par l'incidence de la lumière ambiante sur les moyens réfléchissants, puis la réflexion de cette énergie lumineuse ambiante par l'interaidlaire des moyens -de réfraction vers les doyens de détection.Les dimensions des deux ouvertures et la largeur de la bande réfléchi8- sante des moyens réfléchissants peuvent autre beaucoup plus faibles, avec utilisation d'un faisceau de lumière collimatée, qu'il n'est possible avec un faisceau de lumière non collimatée, car la lumière collimatée est moins sujette à la dispersion ou à d'autres effets dissipatifs que la lumière non collimatée. Par conséquent, l'utilisation de lumière collimatée améliore l'élimination des interférences par la lumière ambiante. Les moyens d'émission peuvent assurément être choisis de façon à émettre de l'énergie sur une bande de fréquence étroite et les moyens de détection peuvent être conçus pour éliminer de leurs caractéristiques de réponse la totalité de l'énergie rayonnante, sauf celle comprise dans cette bande étroite, de façon à constituer un dispositif monochromatique capable d'exclure la totalité de la lumière ambiante autre que celle de la bande étroite de fréquences, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des éléments de filtrage supplémentaires dans l'appareil ou dans le dispositif associé de positionnement. L'invention a donc pour objet un appareil perfectionné de distribution et de détection d'énergie rayonnante destiné à être utilisé avec un dispositif conçu pour déterminer la position d'un objet dans une zone cible, qui conserve une sensibilité notable dans des milieux à haut niveau d'énergie rayonnante ambiante. L'invention a pour autre objet un appareil perfectionné de distribution et de détection d'énergie rayonnante dont la résolution est améliorée par une atténuation de la dispersion et d'autres caractéristiques dissipatives de l'énergie rayonnante. L'invention a également pour objet un appareil perfectionné de distribution et de détection d'énergie rayonnante qui est peu coûteux à fabriquer et d'un fonctionnement fiable. L'invention a également pour objet un appareil perfectionné de distribution et de détection d'énergie rayonnante qui peut limiter le spectre de fréquence auquel il réagit, sans nécessiter la présence d'éléments supplémentaires de filtrage. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel - la figure 1 est une élévation schématique de la forme préférée de réalisation de l'invention ; et - la figure 2 est une vue détaillée de la face des moyens réfléchissants faisant partie des moyens de balayage de la présente invention. La forme préférée de réalisation de l'appareil 10 de distribution et de détection d'énergie rayonnante selon l'invention est représentée schématiquement en élévation sur la figure 1. Des moyens 12 d'émission, tels qu'une diode laser, génèrent et émettent un faisceau collimaté d'énergie rayonnante 14 suivant un trajet de faisceau principal 16. Un dispositif 18 de réfraction tel qu'un diviseur optique, est placé à cheval sur le trajet principal 16. Lorsque le faisceau collimaté d'énergie rayonnante 14 rencontre le dispositif 18 de réfraction, il est divisé par ce dernier en deux faisceaux dérivés 20 et 22. Le faisceau dérivé 22 n'est pas ensuite utilisé par l'appareil 10. Le faisceau dérivé 20 continue le long du trajet principal 16 en direction d'un ensemble 24 de balayage.Ce dernier comporte un-moteur 26 d'entrat- nement qui est relié par des moyens 28 de liaison à un boîtier 30. Le moteur 26 d'entraînement, les moyens 28 de liaison et le boîtier 30 sont tous disposés autour d'un axe 32 de rotation qui est sensiblement aligné sur le trajet principal 16. Le boîtier 30 présente une première ouverture 36 centrée sensiblement sur le trajet principal 16 afin de permettre l'entrée du faisceau dérivé 20 par cette ouverture 36 à l'intérieur du boîtier 30. Ce dernier présente une seconde ouverture 38 permettant à un faisceau dérivé réfléchi 40 de sortir du boîtier et d'arriver à la zone cible du dispositif associé (non représenté).Un miroir réfléchissant 34 est disposé à lrintérieur du boîtier 30 auquel il est fixé afin de tourner avec lui ; le miroir réfléchissant 34 est positionné de façon appropriée pour réfléchir le faisceau dérivé 20 après son entrée dans le boîtier 30 par l'ouverture 36, le long d'un trajet approprié pour permettre au faisceau dérivé réfléchi 40 de sortir du boîtier 30 par la seconde ouverture 38. Des moyens 42 de réglage de dimensions d'ouverture peuvent entre associés facultativement à la première ouverture 36 et des moyens 44 de réglage de dimensions d'ouverture peuvent être associés à la seconde ouverture 38. Une fois que le faisceau dérivé réfléchi 40 a parcouru la zone cible (non représentée) du dispositif associé pour localiser un objet se trouvant dans cette zone cible, le faisceau rayonnant d'énergie revient comme faisceau 46 de retour, entre de nouveau dans le boîtier 30 par la seconde ouverture 38 afin que sa direction soit modifiée par le miroir réfléchissant 34 pour sortir du boîtier 30 par la première ouverture 36 en tant que faisceau réfléchi 48 de retour suivant le trajet primaire 16 en sens opposé à celui dans lequel se déplace le faisceau dérivé 20. Lorsque le faisceau réfléchi 48 de retour arrive au dispositif 18 de réfraction, il est divisé par ce dispositif 18 en une première composante 50 de faisceau et une seconde composante 52 de faisceau.La première composante 50 continue sensiblement suivant le trajet principal 16 et n'est plus reconnue ou utilisée par l'appareil 10. La seconde composante de faisceau 52 est reçue par un dispositif détecteur 54 qui est relié (par des moyens non représentés) à l'ensemble 24 de balayage afin que la position angulaire de cet ensemble 24 puisse entre enregistrée et associée à l'arrivée de la seconde composante 52 de faisceau pour produire un signal de sortie (non représenté) représentatif de la présence ou de l'absence de lumière à cet angle de décalage. La figure 2 représente un détail de la face du miroir réfléchissant 34. Sur la figure 2, le miroir réfléchissant 34 est masqué avec une matière non réfléchissante de façon à présenter deux zones- 56 et 58 qui définissent une bande réfléchissante 60 relativement étroite. La bande réfléchissante 60 est centrée sur le trajet principal 16, comme décrit en regard de la figure 1 ci-dessus afin de réfléchir le faisceau dérivé 20 vers la seconde ouverture 38 pour produire le faisceau dérivé- réfléchi 40.Les ouvertures 36 et 38 peuvent être réalisées ou ajustées et la bande réfléchissante 60 peut être réalisée à des dimensions appropriées pour permettre un alignement suffisant et un passage et une réflexion suffisantes de l'énergie rayonnante pour assurer un fonctionnement convenable de l'appareil 10 tout en limitant la lumière ambiante parasite, soit en empêchant l'entrée de cette lumière ambiante parasite par les ouvertures 36 et 38, soit en empêchant toute possibilité de réflexion de cette lumière à l'intérieur du boîtier sur le miroir réfléchissant 34. Dans une forme de réalisation de l'invention, il peut être avantageux de choisir les moyens d'émission 12 sous la forme d'un dispositif qui émet de l'énergie rayonnante dans une bande étroite de fréquence et de choisir le dispositif détecteur 54 afin qu'il ne soit sensible qu'à l'énergie rayonnante de cette bande étroite de fréquence. De cette manière, l'appareil 10 peut réagir exclusivement à l'énergie rayonnante d'une bande étroite de fréquence sans nécessiter la présence d'éléments supplémentaires de filtrage par ailleurs dans l'appareil de la présente invention ou dans son dispositif associé pour déterminer la position d'un objet dans une zone cible. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de distribution et de détection d'énergie rayonnante destiné à être utilisé avec un dispositif conçu pour déterminer la position d'un objet dans une zone cible, ledit dispositif étant configuré pour renvoyer l'énergie rayonnante à son point d'entrée dans la zone cible après que ladite énergie a parcouru cette zone cible, l'appareil étant configuré pour distribuer l'énergie rayonnante sur la zone cible et pour recevoir et détecter l'énergie rayonnante revenant de cette zone cible, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'émission (12) destinés à générer et à émettre de l'énergie rayonnante, des moyens (24) de balayage destinés à distribuer ou recevoir des faisceaux distincts d'énergie rayonnante, des moyens (18) de réfraction destinés à modifier la direction de l'énergie rayonnante et des moyens (54) de détection destinés à détecter la présence d'énergie rayonnante, les moyens d'émission étant fixes et émettant un faisceau collimaté (14) d'énergie rayonnante suivant un trajet de faisceau principal (16) dans un premier sens, les moyens de balayage comprenant un boîtier (30), des moyens d'entraînement (26) destinés à faire tourner le boîtier autour d'un axe (32) de rotation, et des moyens de réflexion (34) destinés à modifier la direction d'un faisceau d'énergie rayonnante et fixés à l'intérieur du boîtier, ce dernier présentant une première ouverture (36) centrée sensiblement sur l'axe de rotation et sur le trajet du faisceau principal de manière que le faisceau collimaté d'énergie rayonnante puisse entrer dans le boîtier en passant par la-première ouverture quelle que soit l'orientation en rotation dudit boîtier, les moyens réfléchissants étant fixés à l'intérieur du boîtier de façon appropriée pour rediriger le faisceau collimaté d'énergie rayonnante par une seconde ouverture (38) ménagée dans le boîtier, l'appareil étant orienté par rapport au dispositif de façon que le faisceau collimaté d'énergie rayonnante sortant du boîtier par la seconde ouverture balaye la zone cible alors que ledit boîtier est mis en rotation à une certaine vitesse qui est assez faible, par rapport à la vitesse du faisceau collimaté d'énergie rayonnante, pour que ce faisceau collimaté revienne à peu près instan tandment dans le boîtier, sous la forme d'un faisceau (46) de retour passant par la seconde ouverture et réfléchi par lesdits moyens réfléchissants de façon à passer dans la première ouverture, dans un second sens sensiblement opposé au premier sens le long dudit trajet principal, les moyens de réfraction étant situés sur le trajet du faisceau principal et agissant sur un faisceau incident qui les traverse afin de diviser ce faisceau incident en une première composante (50) de faisceau qui prolonge sensiblement ledit faisceau incident et une seconde composante (52) de faisceau decalée angulairement par rapport au faisceau incident, les moyens de détection etant disposés de façon â recevoir la seconde composante de faisceau résultant de l'incidence dudit faisceau de retour sur les moyens de réfraction. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réflexion comprennent un miroir (34) qui présente une surface réfléchissante sensiblement plane. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface réfléchissante est revêtue d'une matière sensiblement non réfléchissante (56, 58), hormis sur une bande réfléchissante sensiblement étroite (60) située sur le trajet du faisceau principal. 4. Appareil selon la revendication 1, carac tersé en ce que les moyens de réfraction comprennent un diviseur optique (18). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'émission comprennent une diode laser.