Brevet FR2604796A1 — publié le 19880408

DISPOSITIF DE DETERMINATION DE LA DISTANCE ENTRE DEUX CORPS L'invention se rapporte à un dispositif de détermination de la distance entre deux corps dont l'un comprend un ensemble de rétroréf lecteurs comportant au moins deux réflecteurs disposés à distance les uns des autres, et l'autre un dispositif d'éclairage pour l'ensemble de rétroréflecteurs, un système de détecteurs sur lequel les différents réflecteurs de l'ensemble de rétroréflecteurs peuvent être reproduits au moyen d'un objectif de telle sorte que le diamètre de leurs images soit plus grand que le diamètre d'un capteur, et une unité de commande qui définit le centre de gravité des images des réflecteurs et détermine la distance à partir de l'écart entre les centres de gravité des images. Les dispositifs du type mentionné ci-dessus sont fondés sur le fait connu que, par interpolation, on peut déterminer le centre de gravité d'un spot lumineux apparaissant sur un système de détecteurs avec une précision qui est sensiblement plus petite que le diamètre d'un capteur, dans la mesure où le diamètre du spot lumineux est plus grand que le diamètre d'un capteur. Pour donner un ordre d'idée, le centre de gravité peut être déterminé avec une définition de 10% à 2% du diamètre d'un capteur. Une "extension appropriée du spot lumineux sur plusieurs capteurs" peut par exemple être obtenue par une reproduction correspondante, par défocalisations et/ou par introduction volontaire d'aberrations. Lors de la détermination du centre de gravité de plusieurs spots lumineux, il est bien entendu nécessaire que les différents spots lumineux ne se chevauchent pas en cas de chevauchement de plusieurs spots lumineux, en effet, on ne déterminerait pas les différents centres de gravité des spots lumineux, mais le centre de gravité commun des spots lumineux se chevauchant. Par conséquent, dans les dispositifs de détermination de la distance entre deux corps du type précité, le fait que les différentes images des rétroréf lecteurs ne doivent absolument pas se chevaucher limite la distance maximale à déterminer pour un champ optique donné du système de détecteurs et un écartement donné entre les différents réflecteurs. Ainsi, par exemple, avec un système de détecteurs comprenant 385 x 288 capteurs ayant chacun une dimension de 22 pm x 22 zm et un champ optique de 0,67 x 0,5 , la distance maximale susceptible d'être déterminée entre les corps ne peut pas dépasser 4400 m avec un écartement de 0,8 m entre les rétroréflecteurs. De plus grandes distances ne peuvent plus être définies, attendu que les images des rétroréflecteurs se chevaucheraient alors. Pour la détermination de la distance entre deux corps, l'invention a pour objet d mettre au point un s dispositif qui permette la détermination de plus grandes distances qu'avec les dispositifs du type mentionné au début. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que les différents rétroréflecteurs réfléchissent de la lumière de longueurs d'ondes différentes, que le dispositif d'éclairage émet successivement dans le temps de la lumière de longueurs d'ondes différentes qui est respectivement réfléchie par l'un des rétroréflecteurs, et que l'unité de commande détermine la distance à partir des images, arrivant séparément dans le temps, des rétroréf lecteurs. L'idée maitraisse de l'invention est de différencier par un codage optique des images de rétroréf lecteurs qui ne seraient plus définissables angulairement avec une configuration donnée du système de détecteurs. Avec un dispositif du type précité, ce codage optique peut être réalisé par le fait que le dispositif d'éclairage éclaire l'ensemble de rétroréflecteurs successivement avec de la lumière de différentes longueurs d'ondes et que chacun des rétroréflecteurs ne réfléchit que de la lumière d'une seule longueur d'onde. De cette façon, les images des différents rétroréflecteurs apparaissent les unes après les autres sur le système de détecteurs. Aucune des images ne pouvant ainsi se chevaucher, le centre de gravité de chaque image peut être déterminé sans difficulté avec la définition maximale possible, même en cas de grande distance entre les objets. La distance maximale mesurable n'est donc plus limitée que par le pouvoir de résolution du système de détecteurs pour le centre de gravité d'un spot lumineux ou, exprimé en d'autres termes, par les différences de position des images des rétroréflecteurs qui peuvent encore être définies. A titre indicatif, avec le système de détecteurs précédemment pris comme exemple et les mêmes données concernant les angles optiques et les écartements des rétroréflecteurs, on obtient une distance limite de 132 km avec un dispositif selon l'invention.La distance maximale encore déterminable doit donc être multipliée par le facteur 30 par rapport aux dispositifs du type mentionné au début. Dans le dispositif selon l'invention, pour la détermination supplémentaire de la position relative des deux corps, l'un des corps comporte au moins trois rétroréflecteurs disposés à distance les uns des autres et dont la distance et/ou le pouvoir de réflexion sont différents. En utilisant, par exemple, au moins trois rétroréflecteurs qui sont réalisés de façon à pouvoir être facilement identifiés, il est possible de déterminer non seulement la distance entre les deux corps, mais aussi leur position relative. L'identification des différents rétroréflecteurs peut par exemple se faire en les disposant avec des écartements différents entre eux et/ou en leur conférant un pouvoir de réflexion différent pour la lumière incidente. Le codage optique selon l'invention peut être utilisé non seulement pour différencier les différents rétroréf lecteurs de l'ensemble de rétroréflecteurs, mais aussi pour identifier différents corps. Pour l'identification de différents corps, chaque corps peut comporter, par exemple, moins de rétroréflecteurs que le dispositif d'éclairage n'émet de la lumière de longueurs d'ondes différentes. Bien entendu, d'autres possibilités d'identification peuvent aussi être utilisées en se basant sur les principes mêmes de l'invention qui permettent une détermination extrêmement précise des centres de gravité des images des différents rétroréf lecteurs. On peut, par exemple, recourir à des configurations déterminées des rétroréf lecteurs pour l'identification. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le 'codage optique peut aussi être obtenu de façon simple en plaçant devant chaque rétroréflecteur un filtre dont la transmission spectrale n'autorise que la réflexion de lumière d'une gamme d'onde déterminée. L'idée maitraîsse de l'invention du codage optique peut être avantageusement perfectionnée par l'emploi d'une optique à focale variable, par exemple d'un zoom ou d'une optique de commutation ; avec une telle optique, on peut adapter l'angle optique du capteur à la distance à mesurer de façon à pouvoir procéder à la mesure avec une résolution particulièrement élevée dans une plage de distances déterminée. L'invention peut avantageusement servir à déterminer la distance et la position relative de corps dans l'espace. Elle peut permettre ainsi non seulement la détermination de la distance entre deux satellites, mais aussi de leur position relative, ainsi que la différenciation de plusieurs corps différents. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure d est une coupe d'un dispositif d'éclairage et d'un capteur réalisés selon l'invention ; la figure 2a représente la disposition des rétroréflecteurs ; la figure 2b représente la caractéristique de longueur d'onde du dispositif d'éclairage la figure 2c représente la caractéristique de longueur d'onde des rétroréflecteurs ; les figures 3a, 3b représentent différentes images des rétroréflecteurs sur le système de détecteurs. La figure 1 représente une coupe d'un dispositif d'éclairage, réalise selon l'invention, pour des rétroréflecteurs non représentés à la figure 1, ainsi que d'un capteur pour la lumière réfléchie par les rétroréflecteurs. Le dispositif d'éclairage comprend quatre sources lumineuses 11, 12, 13 et 14 dont la lumière est réunie en un rayon commun 4 par un groupe de prismes 2 et un objectif de projection 3. Le rayon 4 est dirigé sur un ensemble de rétroréflecteurs qui est installé sur un autre corps. La lumière 5 réfléchie par l'ensemble de rétroréf lecteurs est reproduite sur un système de détecteurs 7 au moyen d'un objectif 6 seulement représenté schématiquement à la figure 1. Le système de détecteurs 7 et les différentes sources lumineuses 11 à 14 sont raccordés par des lignes 81, 82, 83, 84 et 85 à une unité de commande non représentée. La figure 2a représente la disposition de trois rétroréflecteurs 91, 92 et 93. Les rétroréflecteurs sont disposés à différentes distances xi et xn sur les sommets d'un triangle rectangle. Devant les rétroréf lecteurs se trouvent des filtres, non représentés en détail, qui ont une caractéristique de transmission qui confère aux différentes unités rétroflecteur/filtre la caractéristique de réflexionTi (X) reproduite à la figure 2c. Le mode de fonctionnement du dispositif illustré aux figures 1 et 2a-2c est décrit ci-après en référence aux figures 3a, 3b. L'unité de commande, non représentée, active les sources lumineuses 11 à 14 par l'intermédiaire des lignes 81 à 84 de manière que les sources lumineuses émettent de la lumière successivement les unes après les autres. Les flux lumineux I des différentes sources lumineuses ayant des longueurs d'ondes différentes comme illustré à la figure 2b - la lumière de la source lumineuse 11 n'est réfléchie que par le rétroréflecteur 91, celle de la source lumineuse 12 que par le rétroréflecteur 92 et celle de la source lumineuse 13 que par le rétroréflecteur 93. La lumière de la source lumineuse 14 n'est pas réfléchie du tout. Selon la distance de l'unité éclairage/capteur, représentée à la figure 1, par rapport à l'ensemble de rétroréflecteurs, représenté à la figure 2a, on obtient les images, illustrées sur les figures 3a, 3b, des rétroréflecteurs sur le système de détecteurs 7. Les images 91', 92' et 93' des rétroréflecteurs 91, 92 et 93 apparaissent successivement les unes après les autres conformément aux émissions de lumière des sources lumineuses 11 à 13.De cette façon, non seulement en cas de petites distances pour lesquelles les différentes images sont séparées (figure 3a), mais aussi en cas de grandes distances pour lesquelles les différentes images se chevauchent - comme illustré à la figure 3b - il est possible de déterminer au moyen de l'unité de commande non représentée, les centres de gravité, symbolisés par "x", des spots lumineux sur le système de détecteurs 7. La détermination du centre de gravité des différents spots lumineux s'effectue ici d'après les formules d'interpolation connues qui sont analogues aux formules utilisées en mécanique pour la détermination du centre de gravité massique, si bien qu'il n'est pas nécessaire d'y revenir en détail ici. A partir des positions déterminées des centres de gravité des images des rétroréf lecteurs, l'unité de commande, non représentée, - par exemple un microordinateur ou un circuit calculateur incorporé - pour une distance entre rétroréflecteurs et une distance focale donnée de l'objectif de reproduction, peut calculer par les lois de la géométrie la distance entre le capteur et l'ensemble de rétroréf lecteurs : par exemple avec un système de détecteurs comptant 385 x 288 capteurs d'une dimension de 22 mm x 22 zm chacun et un angle optique de 0,67 x 0,5" et avec une distance de 0,8 m entre les rétroréflecteurs, il est possible de déterminer la distance de corps jusqu'à un maximum de 132 km. Par ailleurs, en interprétant la forme géométrique de la disposition des rétroréflecteurs en cas d'utilisation de plus de deux réflecteurs et/ou en interprétant la caractéristique de réflexion de ceux-ci, il est possible d'identifier le corps dont la distance est mesurée Les différents rétroréflecteurs 91 à 93 peuvent être identifiés sans aucun doute sur la base du codage optique, ou en d'autres termes, par l'instant de leur réponse à un rayon lumineux incident. Ainsi, par exemple, en cas d'utilisation de quatre sources lumineuses de différentes longueurs d'ondes et de trois rétroréflecteurs sur chaque corps dont on veut déterminer la distance et l'identité, il est possible d'identifier quatre corps différents, par exemple en cas de rendez-vous spatial, pour un satellite. Par une évaluation supplémentaire du degré de réflexion et/ou de la disposition géométrique, on peut identifier un nombre encore plus important de corps : la figure 2c représente schématiquement le pouvoir de réflexion différent des rétroréf lecteurs. Dans ce qui précède, on a représenté l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation schématique. Dans la réalisation pratique on peut, bien entendu, apporter les modifications les plus diverses Par exemple, l'objectif 6 peut être un objectif à distance focale variable, par exemple un zoom ou un objectif avec organes formant lentilles interposés pour obtenir une plus grande résolution dans une plage de de distances à mesurer déterminée. Comme sources lumineuses, on peut utiliser les sources lumineuses les plus diverses, par exemple un laser. Il est, en outre, aussi possible d'utiliser une source lumineuse devant laquelle sont montés différents filtres. Le nombre des sources lumineuses et celui des rétroréflecteurs n'est pas non plus limité à ceux de l'exemple de réalisation. Comme système de détecteurs, on peut utiliser, par exemple, les composants semi-conducteurs les plus divers. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détermination de la distance entre deux corps dont l'un comprend un ensemble de rétroréflecteurs comportant au moins deux réflecteurs (91, 92, 93), disposés à distance les uns des autres, et l'autre un dispositif d'éclairage (11, 12, 13, 14, 2, 3) pour l'ensemble de rétroréflecteurs, un système de détecteurs 7 sur lequel les différents réflecteurs de l'ensemble de rétroréflecteurs peuvent être reproduits au moyen d'un objectif (6) de telle sorte que le diamètre de leurs images soit plus grand que le diamètre d'un capteur, et une unité de commande qui définit le centre de gravité des images des réflecteurs et détermine la distance à partir de l'écart entre les centres de gravité des images, caractérisé par le fait que les différents rétroréflecteurs (91, 92, 93) réfléchissent de la lumière de longueurs d'ondes différentes, que le dispositif d'éclairage émet successivement dans le temps de la lumière de longueurs d'ondes différentes qui est respectivement réfléchie par l'un des rétroréflecteurs, et que l'unité de commande détermine la distance à partir des images, arrivant séparément dans le temps, des rétroréflecteurs. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour la détermination suplémentaire de la position relative des deux corps, l'un des corps comporte au moins trois rétroréflecteurs (91, 92, 93) disposés à distance les uns des autres et dont la distance et/ou le pouvoir de réflexion sont différents. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que pour l'identification de différents corps, chaque corps comporte moins de rétroréflecteurs que le dispositif d'éclairage n'émet de la lumière de longueurs d'ondes différentes. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que devant chaque rétroréflecteur est placé un filtre dont la transmission spectrale n'autorise que la réflexion de lumière d'une gamme d'onde déterminée. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la distance focale du système de lentilles peut être modifiée pour adapter le champ optique du capteur à différentes distances à mesurer. 6. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 pour déterminer la distance et la position relative de corps dans l'espace.