Brevet FR2699691A1 — publié le 19940624

"Appareillage de projection pour former, sur une surface de travail, un motif de points lumineux constituant des repères, et procédé d'exécution de patronnes pour un tel appareillage" L'invention se rapporte à un appareillage de projection pour former sur une surface de travail une pluralité de points lumineux répartis selon un motif de fond et destinés à servir de repères pour un aménagement de cette surface de travail, appareillage comportant un objectif avec un plan objet conjugué d'un plan image couvrant la surface de travail, dans le plan objet une patronne opaque avec une pluralité de points transparents disposés en un motif conjugué du motif de fond, et une source de lumière associée à un condenseur formant un faisceau propre à illuminer la patronne sur son avers. L'invention a trait également à un procédé d'exécution de patronne pour l'appareillage selon l'invention. Il est fréquent, notamment dans l'industrie du bâtiment, d'avoir à tracer, sur une surface de travail à aménager, un grand nombre de repères de position pour des accessoires d'aménagement ou de finition de cette surface de travail, ces repères étant disposés en motifs de fond qui se répètent à l'identique sur un grand nombre de surfaces de travail semblables. Pour prendre un exemple, la mise en place de dalles de faux plafond dans de grands ensembles immobiliers tels qu'immeubles de bureaux, ces dalles étant au format 0,50 m x 0,50 m demande la fixation, dans la dalle séparant deux niveaux, d'organes de fixation. Ceux-ci seront répartis aux noeuds de réseaux orthogonaux de droites espacées de 0,50 m. Pour une surface de plafond de, par exemple, 13 m sur 6 m, on aura, avec un seul organe de fixation par dalle, (13 x 2 +1) x (6 x 2 +1), soit 351 points repères. Le traçage classique des réseaux au cordeau enduit de poudre colorée est long et fastidieux, demande beaucoup de soin, et mobilise deux personnes. Par ailleurs, il est courant de reporter sur une surface de travail, par exemple une surface photosensible, un motif ou une image, par projection d'une patronne, ou d'un cliché maître, à travers un objectif de projection, la patronne étant convenablement illuminée en épiscopie ou en diascopie, par des sources. De tels processus sont utilisés en cartographie, en imprimerie, en sérigraphie ou même en décoration d'intérieur en garnissant des murs ou des cloisons de photographies d'extérieurs. Mais on opère très rarement la projection sur la surface de travail définitive car le motif projeté directement n'est visible et exploitable que dans l'obscurité ou la pénombre, ce qui n'est pas propice aux opérations d'aménagement à partir des repères, et de surcroît, on ne dispose généralement pas du recul nécessaire pour couvrir la surface de travail avec la projection. Pour reprendre l'exemple évoqué plus haut de pose de dalles de faux plafond, on dispose d'une hauteur sous plafond de moins de trois mètres (couramment 2,75 m) alors que le motif de point s'étend sur une surface de 13 m x 6 m. L'angle nécessaire d'ouverture du faisceau projeté impose des objectifs à focale très courte. On pourrait croire que, pour pouvoir effectuer une projection visible en lumière ambiante non atténuée, il suffirait d'augmenter la puissance de la source lumineuse. Par référence aux éclairages de spectacles, la puissance nécessaire à l'éclairage efficace d'une scène de 78 m2 nécessite une puissance de 12,5 kW. Mais, eu égard aux dimensions des points à reporter, seule une fraction infime de cette puissance sera rayonnée en direction de la surface de travail. Pour reprendre l'exemple exemple de la pose de sous-plafond, un point de 7 mm x 7 mm constituerait un repère- de dimension appropriée, avec une surface de 5.10-5 m2. Avec 351 points, la surface éclairée représente 1,720.10-2 m2, soit 1/4535 de la surface de plafond. Ceci représente donc un flux de lumière transmis correspondant à 2,75 watts environ. On s'aperçoit que la patronne absorberait pratiquement toute la puissance rayonnée par la source, et serait portée à des températures inacceptables, surtout si l'on souhaitait exécuter la patronne en petit format pour que l'objectif grand angle nécessaire ne soit pas d'un encombrement et prix prohibitifs. Ainsi, une solution classique du problème posé restait du domaine de la rêverie. Toutefois, pour résoudre ce problème, l'invention propose un appareillage de projection pour former, sur une surface de travail, une pluralité de points lumineux répartis selon un motif de fond, et destinés à constituer repères pour un aménagement de cette surface de travail, appareillage comportant un objectif avec un plan objet conjugué d'un plan image couvrant la surface de travail, dans le plan objet une patronne opaque avec une pluralité de points transparents disposés en un motif conjugué du motif de fond, et une source de lumière associée à un condenseur formant un faisceau propre à illuminer la patronne sur son avers, caractérisé en ce que la patronne est équipée d'une pluralité de fibres optiques réunies en un toron à une extrémité distale formant tranche d'entrée de lumière, et aboutissant chacune à une extrémité proximale normalement à la patronne et sensiblement centrée sur un point transparent respectif, la tranche d'entrée du toron étant disposée dans une section droite du faisceau issu du condenseur où le flux lumineux est sensiblement constant. On comprend immédiatement de la formulation de l'objet de l'invention que l'avers de la patronne n'est éclairé que sur une surface très réduite correspondant à la somme des surfaces transversales de la pluralité de fibres. Si la patronne est au format de 24 x 36, qui s'inscrit dans un cercle de 43,26 mm de diamètre et de surface 1,47.10-3 m2, et que les fibres ont un diamètre de 0,2 mm de diamètre, 351 fibres couvrent une surface de 11-6 m2 soit 1/134 de la surface du cercle circonscrit à la patronne. La puissance de source nécessaire tombe, dans l'exemple donné ci-dessus à 12500/134 = 93 watts environ. De préférence, les points transparents présentent des diamètres plus faibles que ceux des fibres optiques. Toujours pour reprendre l'exemple numérique, une fibre optique de diamètre 0,2 mm formerait sur la surface de travail un cercle de 7 cm de diamètre. De préférence, la section droite du faisceau où est disposée la tranche d'entrée du toron a sensiblement la même étendue que cette tranche. Cette condition définit la meilleure utilisation du faisceau. On notera que le toron, dans l'exemple numérique déjà présenté, a un diamètre d'environ 3,5 mm. En disposition préférée l'objectif est déterminé de telle sorte qu'il soit par priorité, pour la paire conjuguée plan objet/plan image, dépourvu de courbure de champ. On conçoit que, l'objectif étant à très grande ouverture de champ, il est impossible de le déterminer par le calcul pour que toutes les aberrations soient réduites au minimum simultanément. L'essentiel est que les points repères soient nets dans le plan image, ce qui impose l'absence de courbure de champ. Pratiquement, les aberrations en coussin ou barillet pourront être importantes, entraînant une déformation des points marginaux qui seront ovoïdes, mais dont le centre pourra être retrouvé avec suffisamment de précision. De façon préférée, la patronne sera composée d'une feuille métallique mince où les points transparents seront gravés chimiquement, posée sur un substrat rigide traversé de canaux forés où sont insérées les extrémités proximales des fibres optiques. Comme on le sait, la gravure photochimique permet l'exécution de motifs de grande finesse, tandis que les canaux forés présentent un diamètre constant sur l'épaisseur du substrat, qui permet un guidage et une tenue des fibres optiques, mais ne saurait descendre au diamètre recherché pour les points transparents. En disposition préférée, l'appareillage comporte un support muni de moyens de réglage en position, comprenant au moins un réglage en translation suivant l'axe optique, et des moyens de réglages en direction autour de trois axes orthogonaux dont l'un coïncide avec l'axe optique. On comprend que le moyen de réglage en translation suivant l'axe optique permet d'ajuster le grandissement du motif projeté sur la surface de travail, le moyen de réglage en direction autour de l'axe optique permet d'ajuster l'orientation du motif projeté par rapport à la surface de travail, et les deux autres réglages en direction permettent d'ajuster la perpendicularité de l'axe optique à la surface de travail. Sous un autre aspect, l'invention propose un procédé d'exécution d'une patronne pour un appareillage de projection tel qu'il vient d'être défini, caractérisé en ce que, partant d'un motif de fond déterminé et des paramètres optiques de l'objectif, on calcule, conformément aux lois de l'optique, les coordonnées sur la patronne des points transparents du motif conjugué, et on les enregistre sur un fichier; à partir du fichier on reporte le motif conjugué sur une feuille métallique mince au format de la patronne pour, par un processus de gravure chimique connu en soi de la feuille, rendre transparents les points du motif conjugué; parallèlement, à partir du fichier, on exécute, dans un substrat rigide au format de la patronne, des canaux forés perpendiculairement à la surface du substrat en correspondance avec les points du motif conjugué; on applique la feuille sur le substrat, les points transparents de la feuille étant en face des canaux; on introduit une fibre optique dans chaque canal jusqu'à porter contre la feuille, et on scelle l'ensemble pour former la patronne; puis on réunit les fibres optiques en un toron, avec une tranche d'extrémité dressée, et on scelle le toron. Compte tenu que l'objectif très grand angle possède, pour être aplanétique, une distorsion notable en coussin ou en barillet, le calcul des positions des points sur la patronne à partir de la position des points repères sur la surface de travail s'exécute sur ordinateur et, mettant en oeuvre les lois de réfraction de l'optique, en faisant intervenir le profil de l'objectif. Les résultats de calcul, réunis sur un fichier informatique, piloteront d'une part l'insolation d'une résine photosensible appliquée sur la feuille métallique mince, en sorte qu'après dépouillement de la résine, les trous soient pratiqués par gravure chimique; ces résultats piloteront d'autre part, une machine à percer à commande numérique pour obtenir un substrat propre à recevoir les extrémités distales des fibres optiques. Puis, on superpose la feuille sur le substrat, en mettant en regard les trous dans la feuille et les canaux dans le substrat. D'ailleurs, la définition du procédé se comprend d'elle-même. Des caractéristiques secondaires et des avantages et l'utilité de l'invention ressortiront de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente, schématiquement, la structure de base de l'appareillage selon l'invention; La figure 2 est une vue schématique d'ensemble de l'appareil selon l'invention; La figure 3 est une coupe partielle fortement agrandie d'une patronne pour l'appareillage de l'invention; La figure 4 représente la répartition de points transparents sur une patronne correspondant à un réseau à maille carrée sur la surface de travail. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, un projecteur 1 dans son ensemble, est destiné à former sur une surface de travail, typiquement un plafond d'immeuble de bureau de dimension 13 m x 6 m, une pluralité de points repères pour la fixation de dalles de faux plafond, répartis en un motif de fond constitué par les noeuds d'un réseau orthogonal de longueurs et largeurs espacées respectivement de 0,5 m. Le projecteur 1 comprend un objectif très grand angle 2, capable de projeter, situé à environ deux mètres du plafond, sur toute l'étendue de celui-ci, l'image d'une patronne 3, au format 24 x 36, qui comporte des points transparents en motif conjugué du motif de fond. On notera que le demi-angle d'ouverture de l'objectif est d'environ 75 . La patronne 3 est illuminée par son avers, par un faisceau de fibres optiques 4 qui aboutissent, par une extrémité proximale chacune respectivement à un point transparent. Le faisceau de fibres optiques est resserré en toron à l'extrémité distale des fibres optiques, qui est terminé en tranche d'entrée plane 5, où converge un faisceau lumineux d'une lanterne à travers un condenseur 6. Comme représenté figure 2, le projecteur 1 est incorporé dans un appareillage 10 dans son ensemble, avec, sous le projecteur 1, un logement de lanterne 11 et un dispositif d'alimentation 12 pour fournir à la lanterne l'énergie nécessaire. Le projecteur 1 est fixé sur l'appareillage 10 par l'intermédiaire d'un plateau orientable 13, doté de réglages en direction autour respectivement de trois axes orthogonaux 13a, 13k, 13c, l'axe 13a étant en coïncidence avec l'axe optique du projecteur 1. Les réglages autour des axes 13b et 13c permettent d'assurer la verticalité de l'axe optique du projecteur 1, qui doit être normal à la surface de travail pour conserver l'homogénéité des distances dans le motif de fond. Le réglage suivant l'axe 13a assurera l'orientation du motif de fond par rapport à la surface de travail. L'appareillage est monté sur un socle 15, muni à ses angles de vérins à vis 14 qui assurent que le projecteur est à distance convenable de la suface de travail, pour que le motif de fond soit à l'échelle prévue. Comme il a été mentionné plus haut, les points transparents doivent avoir un diamètre très faible (0,02 mm), et inférieur à celui d'une fibre optique (0,2 mm). Comme représenté figure 3, la patronne 3 au format 24 x 36 comporte une feuille métallique mince 30, dans laquelle ont été gravés, par photolithographie, des trous 30a, et un substrat rigide 31 au même format que la feuille 30, dans lequel on a exécuté des canaux forés 31a, correspondant en position aux points transparents 30a. Les canaux ont été exécutés par perçage sur une machine à commande numérique, à un diamètre un peu supérieur à celui des fibres optiques. Pour réaliser la patronne, on a commencé par calculer sur ordinateur, à partir des paramètres de l'objectif et des coordonnées des points du motif de fond, les coordonnées des points transparents 30a sur la patronne, et on enregistre ces coordonnées dans un fichier. Le fichier est utilisé pour réaliser, sur pointeur optique à commande numérique, un motif objet maître correspondant à celui de la patronne dans un agrandissement donné. C'est ce motif objet maître qui sera projeté sur la feuille métallique mince 30, revêtue d'une résine photosensible. Celle-ci, après insolation, est dépouillée, et la feuille métallique est gravée par dissolution du métal laissé à nu par la résine après dépouillement. Par ailleurs, le substrat est foré à partir du même fichier que le motif maitre, mais à l'échelle 1, et non à une échelle agrandie comme l'objet maître. Après cela, la feuille 30 est plaquée sur le substrat 31, avec interposition d'une légère couche de colle polymérisable transparente, et la coïncidence des trous 30a et des canaux 31a vérifiée. On enfile alors l'extrémité proximale des fibres optiques 32 dans les canaux 3la, jusqu'à buter par leur tranche sur la feuille 30; puis, après que toutes les fibres 32 aient été mises en place, on garnit de colle 33 les canaux 3la, et on procède à la polymérisation. Ensuite, les fibres optiques sont réunies en toron à leur extrémité distale, et scellées ensemble, après quoi on procède à une section transversale du toron, pour dégager une tranche d'entrée. Pour en revenir à l'objectif très grand angle, on comprend immédiatement qu'il n'est pas possible de le corriger pour toutes les aberrations. On est donc conduit à faire un choix parmi les aberrations à corriger, en leur affectant un ordre de priorité. Ainsi, on ne peut corriger simultanément la courbure de champ et le grandissement (coussin ou barillet). Bien que le respect des coordonnées du motif de fond soit essentiel, on s'est aperçu qu'une correction de coussin était inopérante dès lors que la courbure de champ ne permet plus d'obtenir des images nettes simultanées des points paraxiaux et marginaux sur la surface de travail.Et la puissance de calcul des ordinateurs modernes permet de calculer point par point les coordonnées du motif de patronne en faisant intervenir les paramètres de l'objectif (profils, indices et positions relatives des lentilles) et les coordonnées du motif de fond. La figure 4 représente graphiquement un résultat d'un tel calcul, pour un motif de fond constitué des noeuds d'un réseau orthogonal équidistant, avec 26 mailles en longueur et 12 mailles en largeur, soit (26 + 1) x (12 + 1) = 351 noeuds. On voit que, en inversé, l'objectif est affecté d'une aberration en barillet prononcée. Cette déformation vient compenser l'aberration propre en coussin de l'objectif en projection directe. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications. Notamment, l'invention est susceptible d'applications variées qui ont en commun essentiellement de marquer des points repères sur de très grandes surfaces, la surface utile des points étant très faible devant la surface de travail, et accessoirement de ne pas permettre un recul important. REVENDICATIONS 1- Appareillage (1) de projection pour former, sur une surface de travail, une pluralité de points lumineux répartis selon un motif de fond, et destinés à constituer repères pour un aménagement de cette surface de travail, appareillage comportant un objectif (2) avec un plan objet conjugué d'un plan image couvrant la surface de travail, dans le plan objet une patronne (3) opaque avec une pluralité de points transparents (30a) disposés en un motif conjugué du motif de fond, et une source de lumière (11) associée à un condenseur (6) formant un faisceau propre à illuminer la patronne (3) sur son avers, caractérisé en ce que la patronne (3) est équipée d'une pluralité de fibres optiques (4, 32) réunies en un toron à une extrémité distale (5) formant tranche d'entrée de lumière, et aboutissant chacune à une extrémité proximale normalement à la patronne (3) et sensiblement centrée sur un point transparent (3 osa) respectif, la tranche d'entrée (5) du toron étant disposée dans une section droite du faisceau issu du condenseur (6) où le flux lumineux est sensiblement constant. 2- Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points transparents (30a) présentent des diamètres plus faibles que ceux des fibres optiques (32). 3- Appareillage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite section droite du faisceau où est disposée la tranche d'entrée (5) du toron a sensiblement la même étendue que cette tranche. 4- Appareillage selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'objectif est déterminé de telle sorte qu'il soit par priorité, pour la paire conjuguée plan objet/plan image, dépourvu de courbure de champ. 5- Appareillage selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la patronne comporte une feuille métallique mince (30) où les points transparents (30a) sont gravés chimiquement, posée sur un substrat rigide (31), traversé de canaux forés (3la) où sont insérées les extrémités proximales des fibres optiques (32). 6- Appareillage selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un support (10), muni de moyens de réglage en position par rapport à une base de référence, ces moyens de réglage comprenant au moins un moyen de réglage en translation (14) suivant l'axe optique de l'objectif (2), et des moyens de réglage (13a, 13b, 13c) en direction autour de trois axes orthogonaux dont l'un (13a) coïncide avec l'axe optique. 7- Procédé d'exécution d'une patronne (3) pour un appareillage de projection (1) selon l'une queldesrendi- cations 1a:6-csmstqrisé-ence que, partant d'un motif de fond déterminé et des paramètres optiques de l'objectif (2), on calcule, conformément aux lois de l'optique, les coordonnées sur la patronne (3) des points transparents (3 osa) du motif conjugué, et on les enregistre sur un fichier; à partir du fichier on reporte le motif conjugué sur une feuille métallique (30) mince au format de la patronne (3) pour, par un processus de gravure chimique connu en soi de la feuille (30), rendre transparents les points (30a) du motif conjugué; parallèlement, à partir du fichier, on exécute, dans un substrat rigide (31) au format de la patronne, des canaux forés (31a) perpendiculairement à la surface du substrat (31) en correspondance avec les points (30a) du motif conjugué; on applique la feuille (30) sur le substrat (31), les points transparents (30a) de la feuille étant en face des canaux (31a); on introduit une fibre optique (32) dans chaque canal (31a) jusqu'à porter contre la feuille, et on scelle l'ensemble pour former la patronne (3); puis on réunit les fibres optiques en un toron, avec une tranche d'extrémité (5) dressée, et on scelle le toron.