Brevet FR2774475A1 — publié le 19990730

I Etat de la technique La présente invention concerne un dispositif de télémétrie optique ou télémètre optique pour mesurer un temps de par- cours, comprenant une installation d'émission pour émettre un signal de mesure regroupe, une optique de réception pour re- cevoir les composantes du signal de mesure réfléchi par un objet éloigné et un convertisseur optoélectronique placé der- rière l'optique de réception. On connaît déjà un dispositif de télémétrie opti- que selon le document DE-A-43 16 348 comportant une installa- tion d'émission pour émettre un signal de mesure, regroupé, et une optique de réception pour recevoir les composantes du signal de mesure réfléchi par un objet éloigné. L'optique de réception transmet les signaux de mesure réfléchis à un con- vertisseur optoélectronique. Pour fournir au convertisseur les signaux de mesure réfléchis d'intensité suffisante par l'optique de réception, à la fois pour des éloignements fai- bles et des éloignements importants de l'objet, le dispositif connu propose pour la mesure de distances, de placer dans le chemin du faisceau du signal réfléchi, à côté d'une lentille collectrice d'une optique d'image, fonctionnant correctement pour des distances importantes de l'objet, également des moyens même pour des faisceaux du signal de mesure réfléchi pour des courtes distances objet, ces signaux arrivent avec une intensité suffisante sur le convertisseur optoélectroni- que. En variante, il est proposé de monter de manière régla- ble une surface d'entrée de signal pour le convertisseur. Mais cela nécessite toutefois un guide de lumière supplémen- taire. Avantages de l'invention L'invention concerne un télémètre optique du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'optique de récep- tion comprend au moins un corps de lentille ayant une struc- ture de lentille de Fresnel. Le dispositif selon l'invention pour la télémé- trie optique offre l'avantage d'une optique de réception, lé- gère, de montage simple, permettant de saisir la distance d'un objet proche ou d'un objet éloigné. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - le corps de lentille est en forme de plaque et sa face tournée vers l'objet est munie d'une structure de Fresnel - la lentille de Fresnel est une lentille en une seule pièce avec un seul axe optique, - le corps de lentille est en matière plastique, - le corps de lentille comporte des bossages en forme de ca- lotte pour être tenu par un porte-optique, - le porte-optique comporte des branches parallèles entre lesquelles viennent les bossages, - les branches forment du côté de la face frontale, des pen- tes constituant un récepteur prismatique avec un degré de liberté, - le corps de lentille a une forme de base sensiblement rec- tangulaire et une fente en forme de U sur son côté infé- rieur, cette fente étant ouverte vers le bord pour le passage d'un canal de sortie pour le signal de mesure, - la structure de Fresnel du corps de la lentille présente un axe optique qui est décentré à proximité de la fente à bord ouvert, - la structure de Fresnel est en forme de segment sur le corps de lentille. Dessins Un exemple de réalisation de l'invention est re- présenté dans les dessins et sera décrit ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de télémétrie optique, - la figure 2 est une vue partielle en perspec- tive, de devant, du dispositif, - la figure 3 est un schéma de la structure de principe du dispositif de la figure 1. Description de l'exemple de réalisation: Selon la figure 1, la référence 10 se rapporte à un dispositif de mesure optique de distance encore appelé té- lémètre optique ou plus simplement télémètre. Le télémètre 10 comprend un boîtier 11 dont le côté supérieur 12 comporte les touches de fonction 13 pour la mise en marche/arrêt et l'appel des différents programmes de mesure ainsi qu'une tou- che 14 pour déclencher une opération de mesure. La face supé- rieure 12 comporte également un afficheur 15 qui affiche par5 exemple la valeur mesurée et des informations relatives au programme de mesure choisi. La face avant 16 (figure 2) de l'appareil de me- sure de distance 10 comporte une ouverture 17 en forme de fe- nêtre avec un canal de sortie 18 pour un signal de mesure optique. L'ouverture 17 est recouverte par une vitre protec- trice 19 transparente. A la figure 3, la référence 23 concerne une ins- tallation d'émission composée d'une diode laser 25 à commande électrique constituant la source du signal de mesure. Dans la direction du faisceau du signal de mesure (direction de la flèche 22) la diode laser 25 est suivie d'une lentille de collimation 26 qui transforme le signal de mesure généré par la diode laser 25 en un faisceau de rayons pratiquement pa- rallèles. La lentille de collimation 26 est suivie dans la direction axiale par un canal de sortie 18, tubulaire, dont l'orifice de sortie 33 opposé à celle équipée de la diode laser 25 sort par la vitre 19. Le signal de mesure émis dans la direction de la flèche 22 arrive sur un objet 27 dont on veut mesurer la dis- tance avec le dispositif 10. L'objet 27 diffracte le signal de mesure plus ou moins fortement et le réfléchit d'une ma- nière non représentée dans le demi-espace. Les parties du si- gnal de mesure réfléchi arrivent en retour sur le télémètre et sont revues par l'optique de réception 28. L'optique de réception 28 est suivie d'un conver- tisseur optoélectronique 29 constitué, à titre d'exemple, par une photodiode à effet d'avalanche 30. Les branchements élec- triques 44, 45 de la photodiode sont reliés électriquement à une installation d'exploitation 31; en mesurant le temps de parcourt du signal de mesure émis et du signal de mesure re- çu, ce moyen détermine la distance de l'objet 27 et affiche la valeur de mesure obtenue sur l'afficheur 15. Dans l'exemple de réalisation représenté à la fi- gure 3, le canal de sortie 18 est muni d'un clapet de dévia- tion 39 qui fait partie d'une installation de mesure de référence d'une distance connue entre la diode laser 25 et la photodiode 30. Une mesure de référence est par exemple dé- crite également dans le document DE-A- 43 16 348. A la figure 3, le clapet 39 est basculé dans le chemin du faisceau du si- gnal de mesure pour que les parties du signal de mesure arri- vent directement sur le convertisseur 30 par l'ouverture 40. Dans ce cas, aucun faisceau de mesure n'arrive à l'orifice de sortie 33. Pour mesurer l'éloignement de l'objet 27, on re- lève le clapet 39, ce qui ferme l'ouverture 40 du canal de sortie 18 et permet au signal de mesure de passer sans obsta- cle en direction de la flèche 22 à travers l'orifice de sor- tie 33. L'optique de réception 28 a pour but de recevoir les faisceaux de mesure renvoyés par l'objet 27 et les diri- ger vers le convertisseur 29. L'optique de réception 28 com- prend un corps de lentille 32 placé de manière protégée derrière la vitre 19. Le corps de lentille 32 présente par exemple sur sa face 38 tournée vers l'objet 27, une structure de lentille de Fresnel. Cette structure de Fresnel peut tou- tefois également être sur la face arrière 50 non tournée vers l'objet sur le corps de lentille 32; cette structure peut également être prévue sur les deux faces du corps de lentille 32. De telles lentilles sont subdivisées en zones annulaires concentriques d'épaisseur analogue donnant à la surface une structure de lentille, étagée. La lentille de Fresnel est une lentille en une seule pièce avec un axe optique 35 unique. La structure de la lentille de Fresnel apparaît à l'observateur comme une ondulation annulaire formée en surface. La structure de Fresnel permet de réaliser un corps de lentille 32 relativement mince même pour un rapport d'ouverture important. Le corps de lentille 32 est réalisé de préférence en matière plastique par injection. Cela permet une fabrication avantageuse, légère et de faible encombre- ment. Bien que la lentille de Fresnel soit réalisée en une seule pièce dans le corps de lentille 32, cette lentille réunit deux propriétés optiques. Cette lentille de Fresnel sert d'une part de lentille collectrice usuelle focalisant pour des distances importantes, des faisceaux de mesure ré- fléchis vers son foyer F. La distance entre le corps de len- tille 32 et la photodiode 30 est choisie pour que la photodiode se trouve sensiblement au foyer F de la lentille de Fresnel 32. La seconde propriété de la lentille de Fresnel 32 nécessaire pour des mesures d'une distance courte, réside dans les arêtes des segments de la structure optique à dis- persion, ce qui permet d'obtenir une intensité suffisante de rayons réfléchis du signal de mesure, même pour des éloigne- ments de l'objet en dehors de la plage de formation d'image proprement dite, sur la photodiode 30. Cette propriété permet une mesure de distance même pour des objets très rapprochés. Le corps de lentille 32 est réalisé sensiblement sous la forme d'une plaque rectangulaire. A proximité de ses bords, le corps de lentille 32 comporte des bossages 34 en forme de calotte sur son côté tourné vers la photodiode 30; l'un des bossages se trouve à proximité du bord supérieur et deux bossages se trouvent de chaque côté des bords latéraux sensiblement à la hauteur de l'axe optique 35 de la lentille de Fresnel 32. Sur son côté inférieur 36, la lentille de Fresnel 32 présente une fente 37 ouverte vers le bord et qui a une forme assimilable à un U et à travers laquelle passe le canal de sortie 18. L'axe optique 35 de la lentille de Fres- nel est ainsi décentré, pour être à proximité de la fente 37. Cela signifie que la lentille de Fresnel n'est pas réalisée comme une lentille circulaire complète ayant une symétrie de rotation mais en forme de segment de lentille. Le canal de sorte 18 est monté sur un support d'optique 41 composé d'une plaque de base 41a et d'un cadre 42 perpendiculaire à cette plaque de base. Le cadre 42 com- porte en tout trois paires de branches 43 formant entre elles un logement prismatique auto-centreur pour les bossages 34 de la lentille de Fresnel 32. Les faces frontales des paires de branches 43 tournées vers les bossages 34 sont munies ici de surfaces inclinées 46 s'éloignant vers l'extérieur permettant un coulissement dans une direction (degré de liberté). Le de- gré de liberté est ainsi toujours perpendiculaire à la sur-5 face respective du bord du corps de lentille 32 pour ne pas contrarier la dilatation de la lentille. Cela assure un mon- tage sans contrainte du corps de lentille 32 même en cas de dilatation par exemple d'origine thermique. Des pinces 48 ayant sensiblement une forme de U, formant des étriers élas-10 tiques, viennent prendre d'une part derrière le cadre 42 et d'autre part sur le corps de lentille 32 qui est ainsi fixé au porte-optique 41. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Dispositif de télémétrie optique pour mesurer un temps de parcours, comprenant une installation d'émission (23) pour émettre un signal de mesure regroupé, une optique de récep- tion (28) pour recevoir les composantes du signal de mesure réfléchi par un objet éloigné (27) et un convertisseur opto- électronique (29) placé derrière l'optique de réception (28), caractérisé en ce que l'optique de réception (28) comprend au moins un corps de lentille (32) ayant une structure de lentille de Fresnel. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de lentille (32) est en forme de plaque et sa face (38) tournée vers l'objet (27) est munie d'une structure de Fresnel. 3 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la lentille de Fresnel est une lentille en une seule pièce avec un seul axe optique (35). 4 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps de lentille est en matière plastique. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps de lentille (32) comporte des bossages (34) en forme de calotte pour être tenu par un porte-optique (41). 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le porteoptique (41) comporte des branches (43) parallèles entre lesquelles viennent les bossages (34). 7 ) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les branches (43) forment du côté de la face frontale, des pentes (46) constituant un récepteur prismatique avec un de- gré de liberté. 8 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le corps de lentille (32) a une forme de base sensiblement rectangulaire et une fente en forme de U (37) sur son côté inférieur (36), cette fente étant ouverte vers le bord pour le passage d'un canal de sortie (18) pour le signal de me- sure. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure de Fresnel du corps (32) de la lentille présente un axe optique (35) qui est décentré à proximité de la fente (37) à bord ouvert. 10 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de Fresnel est en forme de segment sur le corps de lentille (32).