Brevet FR2665256A1 — publié le 19920131

i La présente invention est relative à un dispositif capteur d'angle pour détecter l'angle entre ce dispositif et un faisceau d'énergie lumineuse projeté, comprenant: une barrière arrêtant l'énergie lumineuse; un capteur d'énergie lumineuse primaire associé à la barrière, espacé de celle-ci et positionné pour recevoir une partie du faisceau d'énergie lumineuse, qui est transmise au-delà du bord de la barrière, pour fournir ainsi un signal de sortie indicatif de la partie du capteur primaire qui est exposée à la partie du faisceau incident; un capteur d'énergie lumineuse de référence positionné à côté du capteur d'énergie lumineuse primaire, ce capteur de référence ayant une aire sensiblement constante exposée au faisceau d'énergie lumineuse projeté, pour fournir ainsi un signal de sortie indicatif de l'intensité du faisceau; et des moyens pour combiner les signaux de sortie des capteurs d'énergie lumineuse primaire et de référence, pour fournir un signal de sortie indicatif de l'angle sous lequel le faisceau d'énergie lumineuse incident arrive sur le capteur de lumière primaire. Un autre aspect de l'invention vise un dispositif pour déterminer l'angle entre un faisceau d'énergie lumineuse projeté et un corps, comprenant: un capteur primaire d'énergie lumineuse projetée, fixé au corps, ce capteur primaire fournissant un signal de sortie dépendant de l'aire du capteur frappée par le faisceau d'énergie lumineuse projeté; un capteur de référence, fixé au corps à côté du capteur primaire, la totalité de l'aire du capteur de référence étant exposée au faisceau d'énergie lumineuse projeté, et fournissant un signal de sortie représentatif de celui-ci; une barrière arrêtant le faisceau d'énergie lumineuse, associée au capteur primaire d'énergie lumineuse projetée, espacée de celui-ci et placée pour occulter une partie du capteur primaire à l'égard du faisceau d'énergie lumineuse projeté, ladite partie dépendant de l'angle entre le faisceau projeté et le capteur primaire; et des moyens pour recevoir les signaux de sortie des capteurs primaire et de référence, et pour fournir un signal de sortie indicatif de l'angle, corrigé compte tenu de la variation de l'intensité du faisceau d'énergie lumineuse projeté. Un autre aspect encore de l'invention vise un dispositif pour mesurer l'angle d'incidence d'un faisceau projeté, comprenant: un premier capteur de faisceau exposé à un degré variable au faisceau projeté; un second capteur de faisceau adjacent et coplanaire avec le premier capteur de faisceau, et qui est complètement exposé au faisceau projeté; les premier et second capteurs de faisceau fournissant respectivement un premier et un second signal de sortie qui sont sensiblement proportionnels aux aires qui sont frappées par le faisceau projeté; une barrière arrêtant le faisceau projeté, associée au premier capteur de faisceau, espacée de celui-ci et positionnée pour empêcher une partie du faisceau projeté de parvenir au premier capteur de faisceau, de façon à obtenir ledit degré d'exposition variable en fonction de l'angle entre le faisceau projeté et le premier capteur de faisceau; et des moyens pour recevoir lesdits premier et second signaux de sortie, et pour fournir un signal de sortie indicatif de l'angle entre le faisceau projeté et le premier capteur de faisceau, compensé à l'égard des variations d'intensité du faisceau projeté. Un procédé suivant la présente invention fournit une mesure de l'angle d'orientation d'un corps par rapport à la direction d'un faisceau projeté, et comprend les étapes suivantes: réception du faisceau projeté au niveau d'un premier capteur de faisceau, et obtention d'un signal de sortie du premier capteur; arrêt d'une partie du faisceau pour l'empêcher d'être reçue au niveau d'un second capteur de faisceau situé à côté du premier, la partie du second capteur de faisceau qui est frappée par le faisceau projeté dépendant de l'angle entre le faisceau et le second capteur de faisceau, ce qui fournit ainsi un signal de sortie du second capteur; et calcul du rapport entre le signal de sortie du second capteur de faisceau et le signal de sortie du premier capteur de faisceau, ce rapport étant indicatif de lrangle entre le faisceau et le second capteur de faisceau, avec compensation des variations de l'intensité du faisceau. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description détaillée ci-dessous d'exemples de réalisation, lue conjointement aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma illustrant le principe de la présente invention; la figure 2 est un graphique montrant le signal de sortie du capteur de lumière en fonction de l'angle du faisceau; et la figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation de la présente invention, à capteurs multiples. La figure 1 représente un ensemble capteur 11 comportant un capteur de lumière de référence 12, un capteur primaire de lumière 13, et une barrière de faisceau 14 La barrière de faisceau est un élément opaque associé au capteur primaire de lumière 13, espacé de celui-ci et comportant un bord 16 situé de façon générale au-dessus de l'axe central du capteur primaire de lumière Les capteurs de lumière 12 et 13 sont typiquement des dispositifs plans fournissant respectivement un signal de sortie proportionnel à la partie de l'aire du capteur éclairée par de la lumière. Le signal de sortie est également fonction de l'intensité de la lumière qui éclaire les aires du capteur Dans la présente description, les termes "lumière" ou "énergie lumineuse" couvrent les parties invisibles du spectre aussi bien que les parties visibles. On peut voir que les capteurs de lumière de référence et primaire 12 et 13 sont sensiblement disposés dans le même plan que la barrière 14 qui interrompt un faisceau de lumière ou d'énergie lumineuse 17 dans son trajet vers la surface du capteur primaire de lumière et qui occulte celle-ci à l'égard du faisceau 17 Le capteur de lumière de référence 12 reçoit la totalité ou une partie relativement constante de l'énergie lumineuse du faisceau 17, comme représenté sur la figure 1 Le capteur de lumière de référence 12 fournit un signal de sortie qui varie dans un certain degré en fonction de l'intensité du faisceau lumineux 17 L'intensité du faisceau 17 sur le capteur de lumière peut être modifiée en faisant varier la distance entre la source de lumière et le capteur, ou en faisant varier les caractéristiques ou l'excitation du projecteur de faisceau Lorsque l'intensité du faisceau de lumière 17 varie pour l'une de ces raisons, l'intensité du faisceau lorsqu'il frappe soit le capteur primaire de lumière 13, soit le capteur de lumière de référence 12 sensiblement adjacent, est pratiquement la même Par conséquent, le signal de sortie du capteur primaire de lumière 13, résultant de la quantité de lumière du faisceau 17 qui le frappe, peut être combiné avec le signal de sortie du capteur de lumière de référence 12 pour donner un rapport des signaux de sortie qui est indicatif de l'angle entre le capteur primaire de lumière et le faisceau de lumière 17, comme on va le décrire ci-après. Pour de petits angles, la tangente et le sinus sont semblables Par conséquent, si on projette une perpendiculaire à la surface du capteur primaire de lumière 13 et si on projette le faisceau de lumière 17 dans la direction de cette perpendiculaire, l'angle O tel que représenté à la figure 1 est nul Avec,la barrière 14 placée comme représenté à la figure 1, de sorte que son bord 16 soit placé sur la perpendiculaire au capteur primaire de lumière 13 sur son axe, la moitié de l'aire du capteur primaire de lumière est éclairée par le faisceau 17, et l'autre moitié est occultée et maintenue dans l'obscurité par la barrière opaque 14 Il en résulte que, pour la valeur de l'intensité du faisceau 17 dans ces conditions, la moitié du signal de sortie potentiel du capteur primaire de lumière sera produite Pendant ce temps, tout le signal de sortie potentiel correspondant à ces conditions sera produit par le capteur de lumière de référence 12 Ceci suppose que les deux capteurs ont des facteurs d'échelle identiques En conséquence, le rapport entre le signal de sortie du capteur primaire et le signal de sortie du capteur de référence sera de 0,5 On peut le voir en se référant à la figure 2, dans laquelle avec un angle du faisceau de O , le signal de sortie 18 du capteur primaire de lumière 13 est la moitié du signal de sortie 19 du capteur de lumière de référence 12 Le signal de sortie du capteur de référence est essentiellement constant pour une intensité donnée du faisceau de lumière 17 Ceci est représenté par la relation y = K 2 comme indiqué en 19 sur la figure 2 Le signal de sortie du capteur primaire de lumière 13 peut être considéré comme allant de zéro à une extrémité d'une gamme de 200, jusqu'à un niveau équivalent au signal de sortie constant du capteur de référence à l'autre extrémité Une gamme de 200 de mesures d'angles est considérée comme appropriée pour les besoins de ce dispositif particulier de mesure d'angles, car il est utilisé pour l'alignement des roues d'un véhicule Les 200 d'angle sont mesurés sur plus ou moins 100 de chaque côté de la perpendiculaire au capteur primaire 13, qui passe par son axe central et par le bord 16 de la barrière opaque 14. Lorsque l'angle du faisceau 17 varie de la position 100 en sens inverse des aiguilles d'une montre à partir de la perpendiculaire au capteur primaire 13 passant par son axe central à une position 100 dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de la perpendiculaire, on obtient la courbe y = Ki O (ligne 18) de la figure 2 Les variations de l'intensité du faisceau 17 sont ainsi éliminées de la mesure d'angle en utilisant la relation de proportionnalité de l'angle du faisceau 17 dans la gamme de plus ou moins 100 à paitir de la perpendiculaire à la surface du capteur 13: K 1/K 2 Un circuit 21 de mise en forme du signal, représenté sur la figure 1, exécute cette combinaison et donne un signal de sortie en A', indicatif de l'angle O, dans la gamme de plus ou moins 100 à partir de la perpendiculaire, ou direction d'angle zéro, du faisceau de lumière 17 Comme illustré à la figure 1, le faisceau 17 illumine toute la surface des capteurs primaire et de référence 13 et 12 respectivement La figure 1 représente par conséquent un angle de + 100, comme indiqué à la figure 2 La sortie du circuit 21 de mise en forme du signal est Ki O/K 2, (o Ki/K 2 = 1 et O est dans une gamme de 200 comme expliqué ci-dessus), indicatif de la position + 100. En se référant maintenant à la figure 3, il est représenté un capteur d'angle comportant plusieurs ensembles capteurs 11 munis de plusieurs cellules formant capteurs primaires de lumière 13 et de plusieurs cellules formant capteurs de lumière de référence 12 disposées sensiblement dans le même plan à l'intérieur d'un boîtier 22 recevant la totalité de l'ensemble capteur de la figure 3 Un couvercle en verre 23 porte plusieurs barrières de faisceau opaques 14, une barrière étant associée à chaque paire de capteurs 12 et 13 On peut voir que les capteurs de référence 12 sont exposés au faisceau de lumière sur toute la gamme de mesure d'angles, O = 200 (soit ici plus ou moins 100) Le capteur primaire de lumière 13, dans chaque paire de capteurs de lumière, est placé de façon à être exposé au faisceau 17 en dépendance de l'angle entre le boîtier 22 et le faisceau 17, pour donner ainsi une mesure d'angle comme il a été expliqué en référence aux figures 1 et 2. Pour une gamme de mesure d'angles de 200, les caractéristiques dimensionnelles optimales du boîtier 22 sont définies Le sinus de 200 est 0,342 Par conséquent, si la largeur d'un capteur 13 est d, l'intervalle entre la surface du capteur primaire de lumière 13 et la barrière opaque 14 est 3 d La gamme du dispositif de mesure de l'angle lorsqu'il varie dans un arc de 200 donnera donc un balayage du faisceau de lumière 17 sur la partie de la surface des capteurs primaires de lumière 13 qui est interceptée par l'arc de 200 Ceci représentera approximativement la surface totale du capteur primaire dans le présent exemple, mais une plus faible partie de la surface peut être parcourue par le faisceau à des fins de réglage ou autres, pourvu que les réglages correspondants soient effectués à l'égard du capteur de référence ou du signal de sortie de référence Les sorties de chacun des capteurs primaires 13 sont connectées à un circuit 21 de mise en forme du signal, comme le sont chacune des sorties de référence des capteurs de référence 12 La multiplicité des ensembles capteurs 11 tend à supprimer les effets des réponses individuelles des ensembles 11 ou à les moyenner, et procure un signal de sortie A indicatif de l'angle entre le faisceau de lumière 17 et le boîtier 22 contenant les capteurs primaires de lumière 13. Un capteur de lumière typique utilisable dans la présente application est, par exemple, le composant capteur à cellule photo-électrique n O 5359 C 002 fabriqué par Silicon Sensors, Inc, Highway 18 East, Dodgeville, Wisconsin Le circuit 21 de mise en forme du signal a été utilisé dans des applications identiques, et est décrit dans le but de donner le meilleur mode et de compléter la description Le faisceau de lumière 17 est modulé à une certaine fréquence, environ 15 k Hz par exemple, et les signaux des capteurs de lumière 12 et 13 sont amenés dans un filtre à bande étroite qui laisse passer les signaux à k Hz Ceci élimine sensiblement les signaux dus à la lumière ambiante dans les capteurs 12 et 13 Le signal résultant à 15 k Hz est intégré pour obtenir un niveau continu Le filtrage et l'intégration sont effectués indépendamment pour chacun des capteurs 12 et 13 Les deux signaux analogiques continus sont comparés différentiellement pour donner le signal de sortie en A' et A, ce signal étant indicatif de l'angle G comme décrit ci-dessus. Bien que le meilleur mode considéré pour la mise en oeuvre de la présente invention ait été indiqué et décrit ici, il est bien entendu que des modifications et des variantes peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif capteur d'angle ( 11) pour détecter l'angle entre ce dispositif ( 11) et un faisceau d'énergie lumineuse projeté ( 17), caractérisé en ce qu'il comprend: une barrière arrêtant l'énergie lumineuse ( 14); un capteur d'énergie lumineuse primaire ( 13) associé à la barrière ( 14), espacé de celle-ci et positionné pour recevoir une partie du faisceau d'énergie lumineuse ( 17) qui est transmise au-delà du bord ( 16) de la barrière ( 14), pour fournir ainsi un signal de sortie indicatif de la partie du capteur primaire qui est exposée à la partie du faisceau incident; un capteur d'énergie lumineuse de référence ( 12) positionné à côté du capteur d'énergie lumineuse primaire ( 13), ce capteur de référence ( 12) ayant une aire sensiblement constante exposée au faisceau d'énergie lumineuse projeté ( 17) pour fournir ainsi un signal de sortie indicatif de l'intensité du faisceau; et des moyens ( 21) pour combiner les signaux de sortie des capteurs d'énergie lumineuse primaire et de référence, pour fournir un signal de sortie indicatif de l'angle sous lequel le faisceau d'énergie lumineuse incident ( 17) arrive sur le capteur de lumière primaire ( 13). 2 Dispositif capteur d'angle conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle entre la barrière ( 14) et le capteur d'énergie lumineuse primaire ( 13) est d'environ trois fois la largeur du capteur primaire ( 13). 3 Dispositif capteur d'angle conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la barrière ( 14) et le capteur primaire ( 13) sont sensiblement plans et situés dans des plans sensiblement parallèles, et en ce que le bord ( 16) de la barrière ( 14) est situé sensiblement au-dessus de l'axe central du capteur primaire ( 13). 4 Dispositif capteur d'angle conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs d'énergie lumineuse primaires ( 13), plusieurs barrières ( 14) et plusieurs capteurs d'énergie lumineuse de référence ( 12), chaque capteur primaire ( 13) étant associé à l'une des barrières ( 14) et espacé de celle-ci. 5 Dispositif pour déterminer l'angle entre un faisceau d'énergie lumineuse projeté ( 17) et un corps ( 22), caractérisé en ce qu'il comprend: un capteur primaire d'énergie lumineuse projetée ( 13), fixé au corps ( 22), ce capteur primaire ( 13) fournissant un signal de sortie dépendant de l'aire du capteur ( 13) frappée par le faisceau d'énergie lumineuse projeté ( 17); un capteur de référence ( 12), fixé au corps ( 22) à côté du capteur primaire ( 13), la totalité de l'aire du capteur de référence ( 12) étant exposée au faisceau d'énergie lumineuse projeté ( 17), et fournissant un signal de sortie représentatif de celui-ci; une barrière ( 14) arrêtant le faisceau d'énergie lumineuse ( 17), associée au capteur primaire d'énergie lumineuse projetée ( 13), espacée de celui-ci et placée pour occulter une partie du capteur primaire ( 13) à l'égard du faisceau d'énergie lumineuse projeté ( 17), ladite partie dépendant de l'angle entre le faisceau projeté ( 17) et le capteur primaire ( 13); et des moyens ( 21) pour recevoir les signaux de sortie des capteurs primaire et de référence, et pour fournir un signal de sortie indicatif de l'angle, corrigé compte tenu de la variation de l'intensité du faisceau d'énergie lumineuse projeté ( 17). 6 Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur primaire ( 13) et la il barrière de faisceau ( 14) sont des éléments plans et sont situés dans des plans sensiblement parallèles. 7 Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur de référence ( 12) est un élément plan et est situé dans le même plan que le capteur primaire ( 13). 8 Dispositif conforme à l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs primaires d'énergie lumineuse projetée ( 13), plusieurs capteurs de référence ( 12), et plusieurs barrières ( 14) arrêtant le faisceau d'énergie lumineuse ( 17) associées chacune à un des capteurs primaires ( 13) et espacées de celui-ci. 9 Dispositif pour mesurer l'angle d'incidence d'un faisceau projeté ( 17), caractérisé en ce qu'il comprend: un premier capteur de faisceau ( 13) exposé à un degré variable au faisceau projeté ( 17); un second capteur de faisceau ( 12) adjacent et coplanaire avec le premier capteur de faisceau ( 13), et qui est complètement exposé au faisceau projeté ( 17); les premier et second capteurs de faisceau ( 13, 12) fournissant respectivement un premier et un second signal de sortie qui sont sensiblement proportionnels aux aires qui sont frappées par le faisceau projeté ( 17); une barrière ( 14) arrêtant le faisceau projeté ( 17), associée au premier capteur de faisceau ( 13), espacée de celui- ci et positionnée pour empêcher une partie du faisceau projeté ( 17) de parvenir au premier capteur de faisceau ( 13), de façon à obtenir ledit degré d'exposition variable en fonction de l'angle entre le faisceau projeté ( 17) et le premier capteur de faisceau ( 13); et des moyens ( 21) pour recevoir lesdits premier et second signaux de sortie, et pour fournir un signal de sortie indicatif de l'angle entre le faisceau projeté ( 17) et le premier capteur de faisceau ( 13), compensé à l'égard des variations d'intensité du faisceau projeté ( 17). 10 Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que ledit premier capteur de faisceau est constitué par un ensemble de premiers capteurs de faisceau ( 13), ledit second capteur de faisceau est constitué par un ensemble de seconds capteurs de faisceau ( 12), et ladite barrière de faisceau projeté est constituée par un ensemble de barrières ( 14), chacune étant associée à l'un des premiers capteurs de faisceau ( 13) et espacée de celui-ci. 11 Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que l'intervalle entre le premier capteur de faisceau ( 13) et la barrière de faisceau ( 14) est d'environ trois fois la largeur du premier capteur de faisceau ( 13). 12 Procédé pour mesurer l'angle d'orientation d'un corps ( 22) par rapport à la direction d'un faisceau projeté ( 17), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: réception du faisceau projeté ( 17) au niveau d'un premier capteur de faisceau ( 12), et obtention d'un signal de sortie du premier capteur ( 12); arrêt d'une partie du faisceau ( 17) pour l'empêcher d'être reçue au niveau d'un second capteur de faisceau ( 13) situé à côté du premier, la partie du second capteur de faisceau ( 13) qui est frappée par le faisceau projeté dépendant de l'angle entre le faisceau ( 17) et le second capteur de faisceau ( 13), ce qui fournit ainsi un signal de sortie du second capteur ( 13); et calcul du rapport entre le signal de sortie du second capteur de faisceau ( 13) et le signal de sortie du premier capteur de faisceau ( 12), ce rapport étant indicatif de l'angle entre le faisceau ( 17) et le second capteur de faisceau ( 13), avec compensation des variations de l'intensité du faisceau ( 17).