Brevet FR2705178A1 — publié le 19941118

SYSTEME OPTIQUE D'INTERROGATION ET D'IDENTIFICATION L'invention concerne un système d'interrogation et d'identification et plus particulièrement un système optique d'interrogation et d'identification par une source lumineuse comportant une reconnaissance de codes optiques par communication bidirectionnelle entre un dispositif interrogateur et un dispositif à identifier. Un tel système est applicable dans des systèmes d'identifìcation dans lesquels il est nécessaire d'identifier rapidement, sans ambiguïté un objet ou une personne. Par exemple l'invention est applicable à: - la reconnaissance de "badges électroniques" non lisibles par des systèmes non autorisés; - la validation de l'ordre de tir pour une conduite de tir mobile, pour éviter de tirer sur une cible "amie"; - - la conduite de robots; - la communication vocale. Selon l'invention il s'agit d'interroger et d'identifier sans ambiguïté, avec discrétion, sécurité et une faible consommation électrique des personnes, des véhicules ou de façon générale des objets ne comprenant pas directement de source émettrice de signal, recevoir d'eux des informations codées d'identification ou de communication permettant de prendre des décisions opérationnelles telles qu'autorisations d'accès, modifications de mission d'un robot, échanges furtifs d'informations, validation ou inhibition d'ordre de tir. Des dispositifs de reconnaissance et d'identification existent actuellement, basés sur l'interrogation de répondeurs non coopératifs (diffusion naturelle) ou coopératifs (rétroréflecteurs). Ces répondeurs ne sont généralement pas reprogrammables en temps réel, et dans le cas des réflecteurs catadioptriques passifs, ne sont pas furtifs. Ils ne permettent pas au dispositif interrogé de transmettre un message variable, indiquant par exemple l'état opérationnel du porteur du dispositif répondeur. L'invention a pour objet un système d'interrogation et d'identification de personnes ou d'objets, dont les codes d'interrogation et de réponse sont programmables en temps réel et modifiables électroniquement, permettant une interrogation à distance par une onde optique codée qui autorise et déclenche l'accès temporaire à l'identification de la personne ou de l'objet, celui-ci renvoyant à l'émetteur une information codée. Ce système comporte un dispositif d'interrogation émetteur-récepteur et un ou plusieurs dispositifs "interrogeables" qui répondent sélectivement par modulation de réflexion de faisceau lorsqu'ils reconnaissent leur code propre dans le signal d'interrogation; Les dispositifs interrogeables selon l'invention sont normalement masqués et donc furtifs pendant toutes les périodes où ils ne répondent pas à l'interrogation. Les technologies proposées dans le cadre de l'invention permettent la réalisation de dispositifs compacts, de faible poids et de faible consommation électrique, de faible coût de fabrication, qui peuvent être commercialisés en grand nombre. L'invention concerne donc un système optique d'interrogation et d'identification comprenant: - un dispositif maître lequel comprend un émetteur lumineux émettant un faisceau optique à une longueur d'onde déterminée et un premier détecteur optique capable de détecter la lumière à ladite longueur d'onde; - un dispositif esclave comportant un dispositif réflecteur capable de réfléchir la lumière qu'il reçoit, caractérisé en ce que le dispositif esclave comporte: - un deuxième détecteur optique capable de détecter la lumière à ladite longueur d'onde - un dispositif de masquage commandable permettant d'interdire à la lumière d'atteindre le réflecteur et permettant sur commande du deuxième détecteur (8) de permettre à la lumière d'atteindre le dispositif réflecteur. L'invention concerne également un système optique d'interrogation et d'identification comprenant: - un dispositif maître lequel comprend un émetteur lumineux émettant un faisceau optique à une longueur d'onde déterminée et un premier détecteur optique capable de détecter la lumière à ladite longueur d'onde; - un dispositif esclave comportant un dispositif réflecteur capable de réfléchir la lumière qu'il reçoit, caractérisé en ce que le dispositif esclave comporte: - un deuxième détecteur optique capable de détecter la lumière à ladite longueur d'onde - un obturateur optique électronique placé entre le dispositif réflecteur et un faisceau optique incident reçu par le dispositif esclave; - une électronique de commande recevant un signal de détection du deuxième détecteur et commandant un fonctionnement selon une séquence codée de l'obturateur optique. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description faite à titre d'exemple dans ce qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: - la figure 1, un exemple de réalisation du système selon l'invention; - la figure 2, un exemple de réalisation d'un obturateur de codage; - les figures 3a, 3b, un exemple de réalisation d'un obturateur de codage; - les figures 4a, 4b, un exemple d'obturateur de masquage combiné à un détecteur. En se reportant à la figure 1, on va tout d'abord décrire un exemple de réalisation du système selon l'invention, dans le cas d'une communication de type "maître-esclave" par libre propagation directionnelle d'une onde lumineuse. Ce système comporte un dispositif maître MA et au moins un dispositif esclave ES. Le dispositif "maître" MA comporte: - Une source de lumière 1 par exemple un laser associé à un objectif de collimation 30 qui peut être ajusté pour obtenir un faisceau plus ou moins divergent. L'émission de la source est modulée en puissance afin d'envoyer un message en direction du dispositif "esclave" ; ce message peut être codé suivant les méthodes classiques ("Pulse Width Modulation", "Pulse Frequency Modulation", "Frequency Shift Keying" etc). - Un détecteur de lumière 2 associé à un objectif 31 pour détecter la lumière réfléchie par le dispositif esclave ES quand celui-ci est activé. Ce détecteur, une photodiode par exemple, peut comporter un filtre optique passe-bande autour de la longueur d'onde d'émission afin de diminuer les effets de la lumière ambiante. De plus ce détecteur peut être de type matriciel (par exemple une matrice CCD) afin de visualiser directement rimage du réflecteur du dispositif esclave ES. Si ron connaît la taille du réflecteur, son image fournit en plus l'information de la distance maîtreesclave. - Une électronique de commande 3 de modulation et de codage de la source et de traitement du signal optique détecté en retour. Le dispositif esclave ES comporte: - un réflecteur 4 associé à un obturateur de codage; - un dispositif de masquage 7; - un détecteur de lumière 8; - une électronique de commande 10. Le réflecteur 4 est du type réflecteur catadioptrique et est associé à un obturateur électrooptique composé, par exemple, d'une cellule à cristaux liquides smectiques ferroélectriques 5 et d'un polariseur 6. Ce réflecteur permet de réfléchir le faisceau émis par le dispositif "maître" MA suivant sa direction d'incidence et de le moduler en puissance. Le dispositif de masquage 7 du réflecteur catadioptrique 4 est composé par exemple d'une cellule à cristaux liquides encapsulés dans un polymère ("Polymer Dispersed Liquid Crystal" ou PDLC), dont la fonction est de masquer le réflecteur contre les interrogations non autorisées. Ce dispositif est nécessaire dans la mesure où il est, en pratique, difficile de garder le dispositif précédemment décrit dans l'état non réflectif pendant un temps suffisamment long. En effet, même si l'on met à profit l'effet mémoire intrinsèque de la cellule à cristaux liquides smectiques ferroélectriques et si celle-ci est adressée dans l'état dit "non-réflectif' à la fin de chaque message, une légère variation de rorientation des molécules (dues par exemple à des phénomènes de relaxation ou à des variations de température) risque de permettre la réflexion d'une partie non négligeable (de l'ordre de quelques %) d'un faisceau lumineux incident et de rendre ainsi le dispositif facilement détectable et donc peu discret. Cette cellule de masquage présente la propriété de diffuser fortement la lumière incidente dans l'état non adressé et de devenir quasiment transparente lorsqu'une tension électrique adéquate lui est appliquée. Le temps de réponse typique de cette cellule est de 10 à 100 ms. Pour augmenter le masquage de cette cellule, on peut dissoudre dans le cristal liquide encapsulé des molécules anisotropes de colorant (colorant dichroïque) pour obtenir une forte absorption de la lumière dans un état désordonné de ces molécules et une faible absorption dans un état ordonné de ces molécules de cristal liquide et de colorant. La propriété fortement diffusante de cette cellule dans l'état non adressé peut également être mise à profit pour détecter le signal lumineux émis par le dispositif maître. En effet, cette lumière étant diffusée dans toutes les directions, il est possible de collecter, comme on le verra ci-après, une partie de la puissance lumineuse dans des conditions pratiquement identiques quelle que soit la direction d'incidence du faisceau émis par le dispositif "maître" MA. Le détecteur de lumière 8 permet de détecter le signal lumineux émis par le dispositif maître MA. Ce détecteur, une photodiode par exemple, peut comporter un filtre passe-bande optique autour de la fréquence d'émission du dispositif maître afin de réduire les effets de la lumière ambiante. Un tel filtre peut également recouvrir toute la face avant du dispositif "esclave" afin d'empêcher son interrogation par des faisceaux interrogateurs à des longueurs d'onde différentes. Dans une configuration simple, le détecteur peut être directement placé de façon à intercepter directement une partie du faisceau émis par le dispositif maître (voir figure 1). Toutefois, une meilleure efficacité est obtenue en collectant une partie de la lumière diffusée par le dispositif de masquage 7 en la concentrant sur la surface sensible de la photodiode. Cétte lumière peut être collectée soit, à l'aide d'un objectif de focale suffisamment courte pour ne pas trop augmenter l'encombrement du système (une lentille de Fresnel semble bien appropriée, car on a également besoin d'une grande ouverture), soit, comme indiqué sur les figures 4a et 4b, en plaçant directement la surface sensible du détecteur 32 sur la tranche de la cellule demasquage, la surface restante de la tranche pouvant être éventuellement munies d'une couche réfléchissante 33 afin qu'une part appréciable de la lumière diffusée soit renvoyée vers la surface sensible du détecteur 32.Cette dernière configuration a l'avantage de présenter un encombrement réduit. Si pour un flux incident donné l'intensité lumineuse détectée par le détecteur 32 est identique quel que soit l'angle d'incidence de ce flux, l'information de la distance maître-esclave pourra être déduite par le dispositif esclave de l'intensité lumineuse détectée, la puissance du faisceau et sa divergence étant connues. L'électronique 10 de commande et de contrôle du dispositif interrogé qui décode le signal optique interrogateur active le démasquage du réflecteur catadioptrique et module l'obturateur électrooptique 5, 6 de codage de la réponse (cellule à cristaux liquides ferroélectriques dans la configuration proposée). A titre d'exemple, la cellule à cristal liquide 5 peut être la cellule à cristaux liquides smectiques ferroélectrique (figure 2) qui présente une structure telle que les plans smectiques il soient perpendiculaires aux lames de la cellule 12, 13 ce qui peut être obtenu par l'ancrage adéquat des molécules biréfringentes de cristal liquide 14 sur les lames, et que ces molécules présentent des orientations pratiquement parallèles suivant l'épaisseur de la cellule, ce qui peut être obtenu en réalisant une cellule suffisamment mince pour briser la structure naturellement hélicoïdale de ce type de cristal liquide. Le cristal liquide employé présentant un angle d'inclinaison "tilt" de 22.5 environ, l'action d'un champ électrique sur les molécules permet, par rotation de celles-ci autour de leur cône 17, de faire tourner les axes optiques de la cellule d'un angle de 45" dans le plan des lames. A la différence de la structure classique "SSFLC" (Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal) utilisée pour les afficheurs fonctionnant en transmission, qui se présente comme une lame demi-onde et met à profit l'effet mémoire intrinsèque de la structure, la cellule employée ici fonctionne comme une lame quart d'onde et n'utilise pas forcément l'effet mémoire. Par commutation électrique de la cellule on peut ainsi passer de l'état réflectif (figure 3a), dans lequel l'axe 21 du polariseur 6 correspond à l'un des axes optiques 23, 24 de la cellule 5, à l'état non-réflectif (figure 3b) dans lequel l'axe du polariseur 6 correspond à l'une des bissectrices des axes optiques 26, 27 de la cellule. A titre d'ordre de grandeur, pour une longueur d'onde de 1,5 pm pour un cristal liquide de biréfringence 0,15, une cellule comprenant une couche d'épaisseur 2,5 ,um de cristal liquide permettrait un fonctionnement suivant le mode décrit précédemment. Dans l'état de l'art actuel, le temps de réponse d'une telle cellule est de l'ordre de 10 à 100 lls, c'est-à-dire environ 1000 fois plus rapide que les cristaux liquides nématiques dans la configuration nématique en hélice classique. Dans le cas où le détecteur 2 est de type matriciel, la cellule 5 peut avantageusement se composer de plusieurs régions adressées individuellement ou d'une matrice d'éléments images multiplexés. Une image de cette cellule sera détectée par le détecteur 2 ce qui permet de transmettre une plus grande quantité d'informations entre le dispositifES et le dispositifMA. Le fonctionnement du système de la figure 1 est le suivant: - dans l'état inactivé, l'obturateur de masquage 7 protège le catadioptre 4 et en empêche ainsi le repérage par des interrogateurs non autorisés, ce qui en assure la discrétion; - lors de l'arrivée du faisceau d'interrogation provenant du dispositif maître MA, la cellule de détection 8 reçoit le signal optique et l'électronique de traitement déchiffre et éventuellement reconnaît le signal codé transporté par cette onde ; si le signal d'interrogation est validé comme signal de commande d'autorisation d'identification, l'électronique 10 active l'obturateur de masquage 7 et le rend transparent, en un temps de l'ordre de 10 à 100 ms, ce qui permettra de moduler ensuite la réflexion vers le dispositif maître MA du faisceau qu'il a émis ; le dispositif interrogé est ainsi placé dans rétat activé; - dans cet état activé, l'obturateur de modulation 5, 6 démasque le catadioptre 4 selon une séquence codée qui permet au détecteur 2 du dispositif maître de reconnaître la signature du dispositif interrogé; cette modulation est faite, grâce à la rapidité du cristal liquide ferroélectrique, à des fréquences de l'ordre de 1 à 100 kW ce qui permet de renvoyer vers l'interrogateur des messages à des fréquences typiques des fréquences vocales, afin de permettre par exemple leur transposition en messages acoustiques dans des écouteurs; - lorsque la transmission est terminée, la modulation du faisceau réfléchi cesse et l'obturateur de masquage 7 masque la cellule réceptrice du dispositif esclave, le rendant de nouveau furtif. REVENDICATIONS 1. Système optique d'interrogation et d'identification comprenant: - un dispositif maître (MA) lequel comprend un émetteur lumineux (1) émettant un faisceau optique à une longueur d'onde déterminée et un premier détecteur optique (2) capable de détecter la lumière à ladite longueur d'onde; - un dispositif esclave (ES) comportant un dispositif réflecteur (4) capable de réfléchir la lumière qu'il reçoit, caractérisé en ce que le dispositif esclave (ES) comporte: - un deuxième détecteur optique (8) capable de détecter la lumière à ladite longueur d'onde; - un dispositif de masquage (7) commandable permettant d'interdire à la lumière d'atteindre le réflecteur et permettant sur commande du deuxième détecteur (8) de permettre à la lumière d'atteindre le dispositif réflecteur (4). 2. Système optique d'interrogation et d'identification comprenant: - un dispositif maître > 1A) lequel comprend un émetteur lumineux (1) émettant un faisceau optique à une longueur d'onde déterminée et un premier détecteur optique (2) capable de détecter la lumière à ladite longueur d'onde; - un dispositif esclave (ES) comportant un dispositif réflecteur capable de réfléchir la lumière qu'il reçoit, caractérisé en ce que le dispositif esclave (ES) comporte:: - un deuxième détecteur optique (8) capable de détecter la lumière à ladite longueur d'onde; - un obturateur optique électronique (5, 6) placé entre le dispositif réflecteur (4) et un faisceau optique incident reçu par le dispositif esclave (ES); - une électronique de commande (10) recevant un signal de détection du deuxième détecteur (8) et commandant un fonctionnement selon une séquence codée de l'obturateur optique. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif esclave (ES) comporte également un dispositif de masquage (7) commandé par le détecteur (8) et permettant sur commande d'interdire à la lumière d'atteindre le dispositif de réflexion (4). 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif maître NA) possède une électronique de commande (3) pour commander la modulation du faisceau émis par le dispositif d'émission (1), et en ce que dans le dispositif esclave (ES) l'électronique (10) reçoit du détecteur des signaux de détection correspondant au faisceau modulé reçu et détecte dans ces signaux de détection la modulation. 5. Système selon la revendication. 4, caractérisé en ce que l'électronique (10) du dispositif esclave (ES) commande à l'aide du dispositif d'obturation (5, 6) une autre modulation du faisceau réfléchi et en ce que, dans le dispositif maître (MA), rélectronique (3) du premier détecteur (2) reçoit un signal ainsi modulé et détecte cette modulation. 6. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'obturateur (5, 6) comporte une cellule à cristal liquide (5) et un polariseur (6) qui lui est associé. 7. Système selon' la revendication 6, caractérisé en ce que la cellule à cristal liquide (5) de l'obturateur comporte un cristal liquide smectique ferroélectrique, la cellule étant conçue pour que la direction des molécules de cristal liquide au repos soit parallèle au plan de la cellule. 8. Système selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de réflexion (4) est un réflecteur catadioptrique. 9. Système selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de masquage (7) est une cellule à cristal liquide. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le cristal liquide est diffusant et possède des portions de cristal liquide enrobées dans du polymère. 11. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième détecteur (8) est placé près de la face d'entrée du dispositif esclave (ES). 12. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le deuxième détecteur (8) est associé au dispositif de masquage (7) de façon à recevoir la lumière diffusée par le cristal liquide. 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif de masquage (7) est de forme plane et ce que le deuxième détecteur (32) est placé sur le pourtour latéral du dispositif de masquage (7). 14. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que la tranche du dispositif de masquage (7) comporte une surface réfléchissante (33) de façon à réfléchir de la lumière vers le deuxième détecteur (32). 15. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième détecteur (8) possède un filtre passe-bande de façon à ne laisser passer que la lumière de la gamme de longueurs d'ondes émise par le dispositif maître (MA). 16. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le première détecteur (2) est de type matriciel. 17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif de codage (5) comporte plusieurs régions de façon à transmettre spatialement une ou des informations.