Brevet FR2779832A1 — publié le 19991217

APPAREIL DE DETECTION D'OBSTACLES. La présente invention concerne les appareils de détection d'obstacles et, plus précisément, les appareils de détection optique d'obstacles. Dans ce domaine, on connaît le brevet français n0 2 739 203, qui concerne un dispositif de comptage de personnes ou d'objets se présentant à l'unité ou simultanément dans l'un et/ou l'autre sens de mouvement relatif par rapport au dispositif. Un tel dispositif comprend essentiellement: - un ensemble de détecteurs, chacun du type émetteur- récepteur d'ondes électromagnétiques, disposés de manière que les personnes ou objets aient un mouvement relatif par rapport audit ensemble, - un circuit de commande destiné à activer séquentielle- ment les détecteurs de l'ensemble pour qu'ils four- nissent des signaux séquentiels représentatifs de la présence ou de l'absence d'une personne ou d'un objet dans le champ du détecteur activé, et - un circuit de traitement des signaux provenant des détecteurs au cours de plusieurs séquences successives de manière à détecter le passage des personnes ou objets et à en effectuer le comptage. Dans la pratique, un tel ensemble de comptage connu peut se présenter, par exemple, sous la forme d'une rampe fixe disposée à une certaine hauteur au- dessus du sol et comportant une série de détecteurs possédant chacun un émetteur fournissant un faisceau de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette presque parallèle, dont une partie est réfléchie vers le récepteur associé en présence d'une personne ou d'un objet à détecter. En l'absence de personne ou d'objet, le faisceau atteint le sol. La réflexion vers le détecteur doit alors être en dessous du seuil de détection pour ne pas saturer le détecteur. En fait, il faut comprendre que le faisceau émis étant à peu près parallèle, la tache faite sur l'obstacle est plus petite que l'obstacle quelle que soit sa distance. Au contraire, après réflexion sur l'obstacle, le faisceau est réfléchi/diffusé dans toutes les directions, ou tout au moins dans un angle solide beaucoup plus grand que celui sous lequel on voit le détecteur depuis l'obstacle. La quantité d'énergie reçue par le détecteur décroît donc comme le carré de la distance à l'obstacle. Si le système de détection est suspendu à une hauteur peu supérieure à celle de l'obstacle, la distance détecteur/obstacle est beaucoup plus faible que la distance détecteur/sol. Exemple: personne à détecter: 1,80 m hauteur du système: 2,30 m distance détecteur/obstacle 0,5 m distance détecteur/sol 2,30 m soit un rapport de 4,6 et un facteur d'atténuation très élevé du second par rapport au premier, de (4,6)2=21,16, ce qui facilite la discrimination. Supposons à l'inverse que le système soit suspendu à 4,80 m. La distance détecteur/obstacle est alors de 3 m, la distance détecteur/sol de 4,80 m, soit un rapport de 1,6 et un facteur d'atténuation faible, de (1, 6)2=2,56, ce qui diminue considérablement le pouvoir de discrimination. De plus, l'obstacle et le sol non seulement diffusent, mais absorbent une quantité variable de l'énergie contenue dans le faisceau incident. La proportion d'énergie réfléchie est donc très sensible à la nature du matériau. Cette absorption peut varier de 0 à 90%; par exemple, pas d'absorption pour un chapeau imperméable ciré blanc, 90% pour une casquette en cuir gras. Si l'obstacle absorbe 90% (casquette de cuir), seule 10% de l'énergie est réémise. A l'opposé, certains sols n'absorbent pratiquement pas et dans ce cas, toute l'énergie qu'ils reçoivent est réémise. Si l'on reprend l'exemple numérique précédent, dans le premier cas (hauteur 2,30 m), le détecteur reçoit 21,16/10, soit environ deux fois plus d'énergie de l'obstacle que du sol. La discrimination est donc encore possible. Par contre, dans le second cas (hauteur 4,80 m), le détecteur reçoit 2, 56/10, soit environ quatre fois moins d'énergie de l'obstacle que du sol. Si l'on admet qu'il faille un facteur 2 pour discriminer, le système suspendu à 4,80 m ne peut discriminer du sol que des obstacles pratiquement non absorbants. Le problème consiste donc à effectuer une détec- tion ou un comptage en éliminant les effets de sol et ceux des petits obstacles, tels que chiens, enfants, poussettes et autres chariots, si l'on recherche le comptage des seuls adultes. La présente invention vise à remédier aux incon- vénients précités et à apporter une solution aux problèmes évoqués en fournissant un appareil de détection d'obstacles dans lequel les couples émetteur- récepteur activés successivement sont remplacés par des ensembles comportant un dispositif optique placé au niveau du rayon réfléchi/diffusé, la position décalée et la taille du détecteur atteint par ledit rayon à travers ledit dispositif étant mesurées et controlées, ce qui permet d'éviter l'effet de sol, et de détecter toute présence, notamment dans une plage donnée ou atteignant certaines hauteurs prédéterminées. Plus précisément, l'invention concerne un appareil de détection d'obstacles, du type comprenant des ensembles comportant chacun un dispositif d'émission d'un rayon lumineux incident destiné à frapper chaque obstacle éventuel et un dispositif de réception d'un faisceau de lumière réfléchie par ledit obstacle, qui effectue un mouvement relatif par rapport aux dispositifs d'émission et de réception, caractérisé par le fait que le rayon lumineux incident est un faisceau à peu près parallèle et que le dispositif de réception est constitué par au moins un élément de détection de lumière réfléchie/diffusée disposé dans un plan de détection perpendiculaire au faisceau incident et à une distance déterminée h derrière le plan d'un dispositif optique, dont l'axe est parallèle à l'axe du dispositif d'émission du rayon lumineux incident, à une distance déterminée d par rapport à ce dernier, et qui est traversé sous un certain angle par le faisceau de lumière réfléchie/diffusée, de telle sorte que la distance 6 séparant, dans le plan de détection, le point d'incidence du faisceau de lumière réfléchie par rapport à l'axe du dispositif optique, est proportion- nelle à ou augmente avec la distance H séparant la partie de l'obstacle la plus proche du plan du dispositif optique, la distance 6 étant donnée, par h exemple, par la formule approchée 6 = d h. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'appareil est disposé verticalement et le plan de détection est horizontal, ledit plan de détection pouvant comporter: - un seul élément de détection, de sorte que l'appareil détecte uniquement la présence successive d'obstacles en mouvement ayant une hauteur supérieure ou égale à une hauteur minimale donnée, - une série d'éléments de détection séparés disposés selon une droite coupant l'axe du dispositif fixe d'émission et du rayon lumineux incident, de sorte que l'appareil indique la présence et la hauteur grossière de chacun des obstacles successifs en mouvement, - une série d'éléments de détection groupés en un seul détecteur disposé selon une droite coupant l'axe du dispositif fixe d'émission et du rayon lumineux incident, de sorte que l'appareil indique successive- ment la présence de tout obstacle dont la hauteur est comprise dans une plage de hauteurs correspondant aux éléments extrêmes du détecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs formes possibles de réalisation, faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement un appareil de détection d'obstacles comportant un seul élément de détection; la figure 2 représente schématiquement un appareil de détection d'obstacles comportant une série d'éléments de détection séparés disposés selon une droite coupant l'axe du dispositif d'émission; et la figure 3 représente schématiquement un appareil de détection d'obstacles comportant une série d'éléments de détection groupés en un seul détecteur disposé selon une droite coupant l'axe du dispositif d'émission. Sur ces dessins, les mêmes références désignent les mêmes éléments. En se référant à la figure 1, un appareil de détection d'obstacles selon l'invention est du type comprenant des ensembles comportant chacun un dispositif d'émission 1 d'un rayon lumineux incident 2, dont la lumière est choisie dans le spectre des lumières infrarouge, visible ou ultraviolette. Ce rayon lumineux incident 2 est destiné à frapper chaque obstacle éventuel 3, la lumière réfléchie par ledit obstacle pouvant être considérée comme un faisceau 5 atteignant un dispositif de réception 4. Il est clair par ailleurs que l'obstacle éventuel 3 effectue un mouvement relatif par rapport aux dispositifs d'émission 1 et de réception 4, ces derniers pouvant par exemple être montés sur une rampe ou un portique fixe tandis que les personnes ou objets défilent en désordre sur le sol ou sur un tapis roulant. Selon l'invention, le rayon lumineux incident 2 est un faisceau parallèle et la petite tache qu'il produit sur l'obstacle est évidemment indépendante de la distance de ce dernier. Ce faisceau incident 2 est généré parallèle (par exemple au moyen d'une diode laser) ou est transformé en faisceau parallèle par un dispositif optique (par exemple au moyen d'une ou de plusieurs lentilles) ou par colimation (par exemple au moyen d'une fibre optique). Selon une particularité essentielle de l'invention, le dispositif de réception 4 est constitué par au moins un élément de détection 6 de lumière réfléchie, qui est disposé dans un plan de détection 7 perpendiculaire au faisceau incident 2. Ce plan de détection 7 est situé à une distance déterminée h derrière le plan théorique 8 d'un dispo- sitif optique 9 destiné à focaliser les rayons réfléchis (cette focalisation pouvant être à l'infini dans le cas du faisceau parallèle) ou à colimater lesdits rayons. L'axe 10 du dispositif optique 9 est bien entendu parallèle à l'axe 11 du dispositif d'émission 1 du rayon lumineux incident 2 et est situé à une distance déterminée d par rapport à ce dernier. On peut considérer par exemple que le faisceau 5 réfléchi par l'obstacle 3 fait un angle déterminé par rapport au faisceau incident 2 et que le dispositif optique 9 est traversé sous un angle précis par ledit faisceau 5 de'lumière réfléchie. A cet égard, il importe peu que l'angle d'émergence du faisceau réfléchi ayant traversé le dispositif optique 9 soit exactement le même que son angle d'incidence par rapport à ce dernier, dès lors que le rapport entre les angles d'émergence et d'incidence est rigoureusement constant pour une incidence donnée par rapport au dispositif optique 9. Toutefois, il est évident que plus l'obstacle est proche, plus l'angle entre le faisceau incident 2 et le faisceau réfléchi 5 est important. Dans ces conditions, si l'on se réfère au plan de détection 7, la distance 6 séparant le point d'inci- dence 12 du faisceau réfléchi 5 par rapport à l'axe 10 du dispositif optique 9 est proportionnelle ou, plus précisément, inversement proportionnelle, à la distance H séparant la partie de l'obstacle 3 qui est la plus proche du plan 8 du dipositif optique 9. Il suffit en effet de considérer les deux triangles rectangles ayant pour hypoténuse commune le rayon réfléchi 5 et pour côtés respectifs les droites ou distances référencées, H et d, d'une part, et h et 6, 6 h d'autre part, pour obtenir la formule classique d H Comme indiqué plus haut, il importe peu que les angles d'incidence et d'émergence du faisceau réfléchi 5 soient égaux dès lors qu'ils sont liés par une constante de proportionalité valable pour chaque incidence. Si les angles d'incidence et d'émergence par rapport au dispositif optique 9 étaient égaux, les triangles précités seraient homothétiques. Dans tous les cas, la valeur de la distance 6 est donnée par la formule 6 = d h compte tenu de la H constante de proportionalité envisagée ci-dessus lorsqu'elle existe, tous les éléments de ladite formule ayant été précédemment définis. D'après ce qui precède, il apparait à l'évidence que lorsque L'appareil est disposé verticalement et que son plan de détection 7, qui est donc horizontal, ne comporte qu'un seul élément de détection 6, l'appareil détecte uniquement la présente d'obstacles déterminant un point d'incidence 12 du faisceau réfléchi 5 situé au niveau ou au-delà dudit élément de détection 6 par rapport à l'axe 10 du dispositif optique 9. Par conséquent, l'appareil détecte uniquement la présence d'obstacles se présentant successivement et ayant une hauteur supérieure ou égale à une hauteur minimale donnée, pour certaines réalisations, par la formule H = h d et, pour des réalisations optiques plus compliquées, par une loi définie. En se référant maintenant à la figure 2, celle- ci illustre une forme de réalisation de l'invention dans laquelle l'appareil est disposé verticalement, son plan de détection 7 horizontal comportant une série d'éléments de détection séparés 6 disposés selon une droite coupant l'axe 11 du dispositif d'émission 1. Dans cette forme de réalisation, la série des éléments de détection 6 est de préférence placée de telle sorte que le premier élément est situé au niveau de l'axe 10 du dispositif optique 9, les autres éléments 6 s'écartant de plus en plus dudit axe optique 10 en même temps que de l'axe d'émission 11. Cette série des éléments 6 peut être constituée par une barrette dénommée CCD en langue anglaise, c'est-à-dire une barrette à dispositifs de couplage de charges. Dans ces conditions, l'appareil indique la présence et même la hauteur approximative de chacun des obstacles successifs en fonction de l'élément qui reçoit le faisceau réfléchi, ce qui peut être particulièrement utile pour le tri automatique d'obstacles défilant un par un sur un tapis roulant, par exemple. En se référant maintenant à la figure 3, celle- ci illustre une autre forme de réalisation dans laquelle, l'appareil étant disposé verticalement et son plan de détection 7 étant horizontal, ce dernier comporte une série d'éléments de détection 6 groupés en un seul détecteur qui est disposé selon une droite coupant l'axe 11 du dispositif d'émission 1. De ce fait, l'appareil indique successivement la présence de tout obstacle dont la hauteur est comprise dans une plage de hauteurs correspondant aux éléments extrêmes 6 du détecteur. En résumé, si l'on ne veut pas mesurer la distance verticale à l'obstacle, mais seulement sélec-- tionner une plage de hauteurs intéressantes, il suffit de placer un seul détecteur dont la longueur sélectionne la longueur ou hauteur de la plage. Plus précisément, le décalage entre l'axe 10 du dispositif optique 9 et le milieu 13 du détecteur 6 sélectionne la distance moyenne à l'obstacle. En fait, la correspondance entre décalage et largeur du détecteur d'une part, distance moyenne et plage d'autre part dépend du dispositif optique considéré 9 qui peut être constitué d'une ou de plusieurs lentilles. Le dispositif optique peut également consister en un obturateur percé, la dimension du trou déterminant alors une plage minimale qui peut être agrandie par la taille du détecteur. Pour fixer les idées, on a indiqué ci-après deux exemples numériques dans lesquels on suppose - que l'appareil est suspendu au plafond, - que son dispositif optique est à la hauteur L au dessus du sol - que l'on cherche à détecter les personnes entre 1 et 2 m de hauteur. Pour un dispositif optique simple, on a les formules: hh =d h1 et 62 = d h i Hl 2 H2 1er cas: L = 2,50 m H1 = 1,50 m H2 = 0,50 m d=h= 0,05 m; 61 = 1,7 mm 62 = 5 mm détecteur de 3,3 mm 2ème cas: L = 7 m H1 = 6 m H2 = 5 m h = 0,2 m d = 0,5 m 61= 16,7 mm 62 = 20 mm détecteur de 3,3 mm Ces deux applications numériques prouvent que l'on peut ainsi, avec des ordres de grandeur raison- nables, traiter des hauteurs très différentes, les éléments détecteurs ayant des dimensions standard du commerce. Il y a lieu de noter que les éléments de détection 6 peuvent être disposés en couronne. Par ailleurs, l'appareil peut évidemment être disposé selon un axe horizontal ou un axe oblique. L'invention concerne en outre un équipement comprenant plusieurs appareils tels que décrits ci- dessus et est applicable, par exemple, à une rampe de détection selon le brevet français précité n 2 739 203. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toute modification utile, notamment dans le domaine des équivalences techniques, sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil de détection d'obstacles, du type comprenant des ensembles comportant chacun un dispositif d'émission (1) d'un rayon lumineux incident (2) destiné à frapper chaque obstacle éventuel (3) et un dispositif de réception (4) d'un faisceau (5) de lumière réfléchie par ledit obstacle, qui effectue un mouvement relatif par rapport aux dispositifs d'émission (1) et de réception (4), caractérisé par le fait que le rayon lumineux incident (2) est un faisceau à peu près parallèle et que le dispositif de réception (4) est constitué par au moins un élément de détection (6) de lumière réfléchie/diffusée disposé dans un plan de détection (7) perpendiculaire au faisceau incident (2) et à une distance déterminée h derrière le plan (8) d'un dispositif optique (9), dont l'axe (10) est parallèle à l'axe (11) du dispositif d'émission (1) du rayon lumineux incident (2), à une distance déterminée d par rapport à ce dernier, et qui est traversé sous un certain angle par le faisceau (5) de lumière réfléchie/diffusée, de telle sorte que la distance 6 séparant, dans le plan de détection (7), le point d'incidence (12) du faisceau (5) de lumière réfléchie par rapport à l'axe (10) du dispositif optique (9), est proportionnelle à ou augmente avec la distance H séparant la partie de l'obstacle (3) la plus proche du plan (8) du dispositif optique (9). 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la distance 6 est donnée, par exemple, par la formule approchée 6 = d h, dans laquelle: - 6 est la distance séparant, dans le plan de détection (7), le point d'incidence (12) du faisceau (5) de lumière réfléchie par rapport à l'axe (10) du dispositif optique (9), - d est la distance entre l'axe (11) du dispositif d'émission (1) du rayon lumineux incident (2) et l'axe (10) du dispositif optique (9), - h est la distance entre le plan de détection (7) et le plan (8) du dispositif optique (9), et - H est la distance entre la partie d'un obstacle éventuel (3) la plus proche du plan (8) du dispositif optique (9). 3. Appareil suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est disposé verticalement, le plan de détection (7) étant horizontal et comportant un seul élément de détection (6), de sorte que l'appareil détecte uniquement la présence successive d'obstacles en mouvement ayant une hauteur supérieure ou15 égale à une hauteur minimale donnée par la formule H = h d 4. Appareil suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est disposé verticalement, le plan de détection (7) étant horizontal20 et comportant une série d'éléments de détection séparés (6) disposés selon une droite coupant l'axe (11) du dispositif fixe d'émission (1) et du rayon lumineux incident (2), de sorte que l'appareil indique la présence et la hauteur grossière de chacun des obstacles25 successifs en mouvement. 5. Appareil suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est disposé verticalement, le plan de détection (7) étant horizontal et comportant une série d'éléments de détection (6)30 groupés en un seul détecteur disposé selon une droite coupant l'axe (11) du dispositif fixe d'émission (1) et du rayon lumineux incident (2), de sorte que l'appareil indique successivement la présence de tout obstacle dont la hauteur est comprise dans une plage de hauteurs35 correspondant aux éléments extrêmes du détecteur. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, cararactérisé par le fait que la lumière est choisie dans le spectre infrarouge, visible, ultraviolet. 7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les éléments de détection (6) sont disposés en couronne. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il est disposé selon un axe horizontal. 9. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il est disposé selon un axe oblique. 10. Equipement, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs appareils suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9.