Brevet FR2716542A1 — publié le 19950825

La présente invention concerne une barrière lumineuse, ayant pour fonction générale la détection d'un objet ou d'une personne. Cette invention se rapporte aussi à un cinémomètre, constituant une application particulière de ladite barrière lumineuse. Des barrières lumineuses sont utilisées, entre autres, pour la réalisation de cinémomètres, c'est à dire d'instruments qui mesurent la vitesse d'objets mobiles. Dans le cas d'objets dont la trajectoire n'est pas constante, mais se situe de façon aléatoire à l'intérieur d'un volume de section relativement importante, il existe une difficulté de détection précise du passage des objets. Le problème se pose, entre autres, pour la mesure de la vitesse de projectiles lancés par des armes à feu, dans des stands de tir destinés à des essais. Dans ce cas, on doit disposer de barrières lumineuses capables de détecter le passage d'un objet (balle d'arme à feu) de faibles dimensions, en pratique de quelques millimètres, à l'intérieur d'une section relativement importante, pouvant être de l'ordre de 1 m X 1 m. Si l'on utilise, à cet effet, des barrières lumineuses classiques constituées d'une source lumineuse et d'un ensemble d'éléments photosensibles, la divergence des rayons lumineux est importante et l'imprécision de mesure est considérable; de plus, I'erreur de mesure n'est pas chiffrable et ne peut être corrigée. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, en fournissant une barrière lumineuse, applicable entre autres à la réalisation d'un cinémomètre, qui tout en conservant une structure simple et relativement économique, permet la détection précise du passage d'un objet, même de faibles dimensions au travers d'une section comparativement importante. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet une barrière lumineuse, comprenant de façon généralement connue une partie émettrice avec une source lumineuse ou source laser et un réflecteur, dans laquelle - le réflecteur de la partie émettrice est un réflecteur parabolique possédant un profil suivant un axe de parabole, et une faible largeur, - la source lumineuse, directe ou indirecte, est placée au foyer de la parabole de manière à projeter en direction du réflecteur parabolique un faisceau incident divergent, dont les rayons sont renvoyés par ce réflecteur de manière à former une nappe lumineuse constituée de rayons réfléchis parallèles entre eux, cette nappe lumineuse étant de faible épaisseur et s'étendant dans le plan de la parabole, et - le récepteur est disposé en regard du réflecteur parabolique, à distance de ce dernier, de manière à capter les rayons lumineux réfléchis parallèles de ladite nappe lumineuse. Grâce à l'utilisation d'un réflecteur parabolique, dans la partie émission, on obtiens à partir d'une source unique de lumière visible ou invisible, une nappe lumineuse étendue et de faible épaisseur, formée de rayons lumineux réfléchis tous parallèles entre eux. En particulier, grâce au parallélisme des rayons lumineux, donc aux faibles pertes lumineuses, résultant de la disposition proposée, on peut obtenir une barrière lumineuse de grande portée, par exemple de plusieurs mètres. Tout objet, même de faibles dimensions, traversant cette nappe lumineuse, coupe certains de ses rayons, et provoque ainsi l'obscurcissement des éléments photosensibles correspondants du récepteur. La détection du passage de l'objet est ainsi particulièrement précise, quel que soit le point suivant lequel cet objet vient couper ladite nappe lumineuse. En conséquence, les mesures de vitesse d'un objet, à partir de la détection de traversée d'une nappe lumineuse, peuvent aussi être particulièrement précises. Selon un mode de réalisation simple de l'invention, la source lumineuse, telle que lampe, est placée au foyer de la parabole et émet directement, depuis ce point, le faisceau incident divergent, dirigé vers le réflecteur parabolique. Selon un autre principe de réalisation de l'invention, la source lumineuse ou source laser primaire est placée à distance du foyer de la parabole, et un dispositif optique auxiliaire est placé au foyer de cette parabole pour dévier et étaler le faisceau lumineux primaire, émis par la source primaire, en le transformant en un faisceau incident divergent atteignant tous les points du réflecteur parabolique. Ce principe peut être mis en oeuvre en plaçant la source lumineuse ou source laser sur l'axe de la parabole, dans la région du sommet de cette parabole, la source émettant un faisceau lumineux primaire dirigé suivant cet axe, tandis que le dispositif optique auxiliaire placé au foyer de la parabole est un réflecteur parabolique auxiliaire, de petites dimensions, dont le foyer est confondu avec celui de ladite parabole. Selon une autre possibilité, la source lumineuse ou source laser est placée sur l'axe de la parabole, mais du côté éloigné du sommet de cette parabole, donc du côté du récepteur, et elle émet toujours un faisceau lumineux primaire dirigé suivant cet axe. Dans ce dernier cas, le dispositif optique auxiliaire placé au foyer de la parabole peut être - soit un miroir convexe, notamment un miroir à surface cylindrique, - soit une lentille, incomplète ou complète, dont le foyer est confondu avec celui du réflecteur parabolique. Le cinémomètre, comportant application de la barrière lumineuse précédemment définie, comprend une première barrière lumineuse à réflecteur parabolique et une seconde barrière lumineuse à rélfecteur parabolique disposée dans un plan parallèle à celui contenant la première barrière lumineuse, les deux barrières lumineuses étant séparées l'une de l'autre par une distance prédéterminée et étant toutes deux associées à des moyens d'acquisition et de traitement, aptes à déterminer la vitesse d'un objet traversant successivement, et en des points quelconques, la nappe lumineuse formée de rayons réfléchis parallèles de la première barrière lumineuse, puis la nappe lumineuse formée de rayons réfléchis parallèles de la seconde barrière lumineuse. Ainsi, l'on peut déterminer la vitesse d'un objet, de petites dimensions, tel que projectile d'arme à feu, qui se déplace selon une direction définie à l'intérieur d'un espace de section relativement importante, la position de la trajectoire de l'objet dans cette section n'étant pas connue. La vitesse de l'objet se déduit, naturellement, de la distance qui sépare les deux barrières lumineuses mises en oeuvre, et de l'intervalle de temps entre l'instant détecté où cet objet coupe la première barrière lumineuse et l'instant détecté où le même objet coupe la seconde barrière lumineuse. On comprend donc que la précision de la détermination de la vitesse de l'objet dépend, entre autres, de la précision avec laquelle les deux barrières lumineuses sont positionnées, I'une par rapport à l'autre. Avantageusement, pour garantir cette précision, le cinémomètre comporte encore des moyens pour ajuster la distance entre les deux barrières lumineuses à réflecteur parabolique, ces moyens comprenant, de préférence, d'une part un laser auxiliaire porté par le châssis de l'une des barrières lumineuses et émettant un faisceau visible subissant plusieurs réflexions alternativement sur des parties de la première barrière lumineuse et sur des parties de la seconde barrière lumineuse, et d'autre part, un récepteur de contrôle de position porté par le châssis de l'une des barrières lumineuses et atteint par ledit faisceau visible après avoir subi ses réflexions successives. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titres d'exemples non limitatifs, quelques formes d'exécution de cette barrière lumineuse à réflecteur parabolique, et illustrant son application à un cinémomètre. Figure 1 est une vue d'ensemble de face d'une barrière lumineuse conforme à la présente invention, dans un premier mode de réalisation, Figure 2 est une vue en plan par dessus de la barrière lumineuse de figure 1, Figure 3 montre, à échelle agrandie, un détail de la barrière lumineuse des figures 1 et 2, Figure 4 est une vue de détail, partielle, d'une première variante de cette barrière lumineuse, Figure 5 est une autre vue de détail partielle, relative à une deuxième variante, Figure 6 est une vue d'ensemble, de face, d'une autre variante de la barrière lumineuse selon l'invention, Figure 7 est une vue en perspective, illustrant l'application de cette barrière lumineuse à la réalisation d'un cinémomètre. En se référant aux figures 1 et 2, une barrière lumineuse conforme à l'invention comprend un réflecteur parabolique 1, c'est-à-dire un réflecteur de rayons lumineux dont le profil (visible sur la figure 1) est un arc d'une parabole P, et dont la largeur L (pouvant être appréciée sur la figure 2) est faible, par exemple de l'ordre du centimètre. La longueur du réflecteur parabolique 1 est plus ou moins importante, ce réflecteur pouvant s'étendre d'un seul côté de l'axe A de la parabole P, ou comporter un prolongement 1' tel que ledit réflecteur s'étende symétriquement, de part et d'autre de l'axe A de la parabole P. Une source lumineuse directe ou indirecte, sensiblement ponctuelle (précisée ciaprès), située au foyer F de la parabole P, projette un large faisceau lumineux incident 2 sur toute l'étendue du réflecteur parabolique 1, le faisceau incident 2 se propageant dans le plan dudit réflecteur 1. Les rayons lumineux du faisceau incident 2 sont tous renvoyés selon la même direction, parallèle à l'axe A de la parabole P, par le réflecteur parabolique 1. Ainsi, les rayons réfléchis forment une nappe 3 de rayons lumineux, parallèles entre eux, la nappe lumineuse 3 étant de faible épaisseur et s'étendant dans le plan de la parabole P. Tous ces rayons réfléchis sont dirigés vers un récepteur optique ou optoélectronique 4, disposé en regard du réflecteur parabolique 1, à une distance plus ou moins importante de ce dernier (par exemple une distance de l'ordre d'un mètre). Dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 2, une source lumineuse ou une source laser 5 est disposée dans la région du sommet de la parabole P, et elle émet un faisceau lumineux primaire 6 dirigé suivant l'axe A de la parabole. Un réflecteur auxiliaire 7 disposé au foyer F de cette parabole P, réfléchit le faisceau lumineux primaire 6 en direction du réflecteur parabolique 1. Comme le montre plus précisément la figure 3, le réflecteur auxiliaire 7 est lui aussi un réflecteur parabolique, de petites dimensions, dont le foyer est commun avec le foyer F du réflecteur parabolique principal 1. Le réflecteur parabolique auxiliaire 7 renvoie le faisceau lumineux primaire 6 en projetant un faisceau 2 très divergent, s'étendant sur un angle a important, et atteignant tous les points du réflecteur parabolique principal 1. Quant au récepteur optique ou optoélectronique, il peut s'agir d'une rampe d'éléments photosensibles, tels que photodiodes ou phototransistors, ou d'une rampe formée par des extrémités de fibres optiques qui transmettent la lumière vers des éléments photosensibles placés à distance. La figure 4 représente une première variante, dans laquelle la source lumineuse ou source laser (non représentée) est disposée sur l'axe A de la parabole mais du côté éloigné du sommet de cette parabole, donc du côté du récepteur, soit du côté droit de la figure. Le faisceau primaire 6, émis par la source suivant l'axe A de la parabole, est ici réfléchi en direction du réflecteur parabolique au moyen d'un miroir convexe 8 situé au foyer F de la parabole ; il s'agit notamment d'un miroir 8 semi-cylindrique, d'axe perpendiculaire au plan de la barrière lumineuse, qui permet de renvoyer un faisceau 2 très divergent, atteignant tous les points du réflecteur parabolique. La figure 5 est relative à une deuxième variante, dans laquelle la source lumineuse ou source laser (non représentée) est encore disposée du côté du détecteur, soit du côté droit de la figure, et émet un faisceau primaire 6 suivant l'axe A de la parabole. Près du foyer F de cette parabole est disposée une demi-lentille plane 9, divergente ou convergente, symétrique ou non, dont le foyer est confondu avec celui F de la parabole. La demi-lentille 9 réfracte le faisceau primaire 6 pour former, ici aussi, un faisceau 2 très étalé atteignant tous les points du réflecteur parabolique. S'il s'agit d'un réflecteur parabolique symétrique (formé des arcs de parabole 1 et 1' de la figure 1), la demi-lentille 9 et remplacée par une lentille complète 9', comme indiqué en traits mixtes sur la figure 5. La figure 6 montre une autre variante, de conception simple, dans laquelle la source lumineuse 5 est placée directement au foyer F de la parabole P, et émet ainsi directement le faisceau lumineux incident 2 atteignant tous les points du réflecteur parabolique 1. La source lumineuse 5 peut être ici une lampe électrique classique, telle qu'à filament, une lampe fluorescente, une lampe à éclats, etc... Dans tous les cas, on réalise ainsi une barrière lumineuse qui, à partir d'une source lumineuse ou une source laser unique, forme une nappe lumineuse 3 de faible épaisseur mais d'étendue importante formée de rayons réfléchis parallèles. Tout objet, même de petites dimensions, qui vient couper cette barrière lumineuse, en un point quelconque de la nappe 3, arrête quelques-uns de ses rayons parallèles et provoque ainsi l'obscurcissement des éléments photosensibles ou optiques correspondants du récepteur 4. De cette manière, l'objet se trouve nécessairement détecté au moment où il traverse le plan dans lequel s'étend la nappe lumineuse 3. Une application particulière de la barrière lumineuse précédemment décrite est illustrée à la figure 7. Cette application concerne la réalisation d'un cinémomètre, et elle utilise à cet effet deux barrières lumineuses 10 et 11. La première barrière lumineuse 10, avec réflecteur parabolique 1, est disposée dans un plan vertical. La seconde barrière lumineuse 11, également avec réflecteur parabolique 1, est disposé dans un autre plan vertical parallèle au précédent. Une distance prédéterminée D sépare les deux plans verticaux, dans lesquels sont respectivement disposées les deux barrières lumineuses 10 et 11. Un objet, tel qu'un projectile 12 d'une arme à feu 13, lancé à une vitesse V selon une direction sensiblement perpendiculaire aux deux plans précités, traverse d'abord la nappe lumineuse 3 de la première barrière lumineuse 10, puis traverse, avec un certain retard At, la nappe lumineuse 3 de la seconde barrière lumineuse 4. La vitesse V s'exprime par le rapport: V = D/At. La connaissance de la distance D, et la mesure de l'intervalle de temps At, entre les détections de traverse des deux barrières lumineuses 10 et 1 1 par l'objet 12 permet donc de déterminer la vitesse V de cet objet. Pour effectuer la détermination de cette vitesse V, la première barrière lumineuse 10, et plus particulièrement son récepteur optique ou optoélectronique 4, est relié à un boîtier maître 14 d'acquisition et de transfert/traitement. La seconde barrière lumineuse 11. et plus particulièrement son récepteur 4, est relié à un boîtier esclave 15 d'acquisition, que des interconnexions 16 relient au boîtier maître 14. Ce boîtier maître 14 comporte luimême une sortie 17 vers un micro ordinateur. Le traitement électronique des signaux issus des récepteurs 4, en vue de la détermination de la vitesse V, s'effectue de façon connue et ne sera pas détaillé ici. Pour ajuster la distance D entre les plans respectifs des deux barrières lumineuses 10 et 11, avant de procéder à la détermination d'une vitesse V, le cinémomètre comprend encore un laser auxiliaire 18 porté par le châssis de la première barrière lumineuse 10, et émettant un faisceau visible 19. Le faisceau laser 19 subit plusieurs réflexions, alternativement sur des parties de la première barrière lumineuse 10 et sur des parties de la seconde barrière lumineuse 11, avant d'atteindre un récepteur 20 de contrôle de position, par exemple à photodiodes, porté par le châssis de la première barrière lumineuse 10. Après ajustement de la distance D par ces moyens, le laser auxiliaire 18 est mis hors service, et il peut être procédé à la mesure de la vitesse V. Un tel cinémomètre est notamment utilisable dans des stands de tir, par exemple pour effectuer des essais de résistance à l'impact pour des casques ou des blindages. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette barrière lumineuse à réflecteur parabolique qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention - en utilisant tout type de source lumineuse, émettant une lumière visible ou une lumière invisible telle qu'un rayonnement infra-rouge, - en amenant la lumière ou le rayonnement laser au foyer F de la parabole, depuis la source située å distance, par une fibre optique ou un guide d'ondes, - en utilisant tous types de récepteurs, adaptés au type de lumière employée, - en destinant la barrière lumineuse décrite à des utilisations autres que le cinémomètre qui ne représente qu'une application particulière, cette barrière lumineuse étant aussi utilisable seule, ou en association avec d'autres barrières lumineuses, notamment pour la détection d'intrusions dans des locaux, pour la protection d'oeuvres d'art, pour la protection additionnelle (sécurité des personnes) sur des machines, pour le comptage d'objets etc... REVENDICATIONS 1. Barrière lumineuse, comprenant une partie émettrice avec une source lumineuse ou source laser (5) et un réflecteur (1), et une partie réceptrice (4), caractérisée en ce que - le réflecteur de la partie émettrice est un réflecteur parabolique (1) possédant un profil suivant un arc de parabole (P), et une faible largeur (L), - la source lumineuse (5), directe ou indirecte, est placée au foyer (F) de la parabole (P) de manière à projeter en direction du réflecteur parabolique (1) un faisceau incident divergent (2), dont les rayons sont renvoyés sur ce réflecteur (1) de manière à former une nappe lumineuse (3) constituée de rayons réfléchis parallèles entre eux, cette nappe lumineuse (3) étant de faible épaisseur et s'étendant dans le plan de la parabole (P), et - le récepteur (4) est disposé en regard du réflecteur parabolique (1), à distance de ce dernier, de manière à capter les rayons lumineux réfléchis parallèles de ladite nappe lumineuse (3). 2. Barrière lumineuse à réflecteur parabolique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source lumineuse (5), telle que lampe, est placée au foyer (F) de la parabole (P) et émet directement, depuis ce point, le faisceau incident divergent (2), dirigé vers le réflecteur parabolique (1). 3. Barrière lumineuse à réflecteur parabolique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source lumineuse ou source laser primaire (5) est placée à distance du foyer (F) de la parabole (P), et en ce qu'un dispositif optique auxiliaire (7 ; 8 9) est placé au foyer (F) de cette parabole (P) pour dévier et étaler le faisceau lumineux primaire (6), émis par la source primaire (5), en le transformant en un faisceau incident divergent (2) atteignant tous les points du réflecteur parabolique (1). 4. Barrière lumineuse à réflecteur parabolique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la source lumineuse ou source laser (5) est placée sur l'axe (A) de la parabole (P), dans la région du sommet de cette parabole, et émet un faisceau lumineux primaire (6) dirigé suivant cet axe (A), tandis que le dispositif optique auxiliaire placé au foyer (F) de la parabole (P) est un réflecteur parabolique auxiliaire (7), de petites dimensions, dont le foyer est confondu avec celui (F) de ladite parabole (P). 5. Barrière lumineuse à réflecteur parabolique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la source lumineuse ou source laser (5) est placée sur l'axe (A) de la parabole (P), du côté éloigné du sommet de cette parabole, donc du côté du récepteur (2), et émet un faisceau lumineux primaire (6) dirigé suivant cet axe (A), tandis que le dispositif optique auxiliaire placé au foyer (F) de la parabole (P) est un miroir convexe (8), notamment un miroir à surface cylindrique. 6. Barrière lumineuse à réflecteur parabolique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la source lumineuse ou source laser (5) est placée sur l'axe (A) de la parabole (P), du côté éloigné du sommet de cette parabole, donc du côté du récepteur (2), et émet un faisceau lumineux primaire (6) dirigé suivant cet axe (A), tandis que le dispositif optique auxiliaire placé au foyer (F) de la parabole (P) est une lentille, incomplète ou complète (9, 9'), dont le foyer est confondu avec celui (F) du réflecteur parabolique (1). 7. Cinémomètre comportant application de la barrière lumineuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une première barrière lumineuse (10) à réflecteur parabolique (1) et une seconde barrière lumineuse (11) à réflecteur parabolique (1) disposée dans un plan parallèle à celui contenant la première barrière lumineuse (10), les deux barrières lumineuses (10, 11) étant séparées l'une de l'autre par une distance prédéterminée (D) et étant toutes deux associées à des moyens d'acquisition et de traitement (14 à 17), aptes à déterminer la vitesse (V) d'un objet (12) traversant successivement, et en des points quelconques, la nappe lumineuse (3) formée de rayons réfléchis parallèles de la première barrière lumineuse (10), puis la nappe lumineuse (3) formée de rayons réfléchis parallèles de la seconde barrière lumineuse (il). 8. Cinémomètre selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour ajuster la distance (D) entre les deux barrières lumineuses (10, 11) à réflecteur parabolique (1), ces moyens comprenant de préférence, d'une part, un laser auxiliaire (18) porté par le châssis de l'une des barrières lumineuses (10, 11) et émettant un faisceau visible (19) subissant plusieurs réflexions alternativement sur des parties de la première barrière lumineuse (10), et sur des parties de la seconde barrière lumineuse (11), et d'autre part un récepteur (20) de contrôle de position porté par le châssis de l'une des barrières lumineuses (10, 11) et atteint par ledit faisceau visible (19) après avoir subi les réflexions successives.