Brevet FR2779816A1 — publié le 19991217

Codeur optique La présente invention concerne un codeur optique utilisé notamment pour déterminer la position angulaire d'un objet par rapport à un autre. Il est connu dans l'art antérieur des codeurs optiques qui permettent de mesurer la position angulaire de deux objets pouvant être en mouvement l'un par rapport à l'autre, par utilisation du principe de l'interférométrie. Dans les demandes européennes de brevet EP 262 349 et EP 419 701, un tel dispositif est constitué d'un disque comprenant sur un anneau périphérique des graduations angulaires permettant de diffracter une première fois un rayon o0 lumineux provenant d'une source d'émission. Après avoir été diffracté, le rayon lumineux pénètre dans un prisme qui dévie le rayon lumineux jusqu'à une unité de lecture diamétralement opposée à la source lumineuse. Avant d'atteindre l'unité de lecture, le rayon lumineux traverse une nouvelle fois le disque et est diffracté une deuxième fois par la graduation angulaire. Le rayon est également réfléchi totalement sur les faces latérales du prisme, produisant ainsi des interférences. Il est également connu par le brevet français FR 2 666 145 un capteur optique utilisé notamment comme capteur de vitesse ou capteur de position d'un élément déplacé en rotation ou en translation. Ce dispositif comprend un organe codeur pourvu de surfaces de réflexion de géométrie particulière et un transducteur comprenant un émetteur et un récepteur optique. La détection de la vitesse de l'organe s'effectue par réflexion du faisceau lumineux sur les surfaces particulières de l'organe codeur. Ces surfaces sont délimitées au moins en partie par une conique, c'est-à-dire une parabole, une ellipse ou une hyperbole. Ce dispositif nécessite, pour la fabrication de l'organe codeur, une très grande précision d'usinage, engendrant des coûts importants et une fragilité accrue. La présente invention a donc pour objet de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un codeur optique de conception et de maintenance 2 2779816 simples permettant d'améliorer la précision de la détection de la position d'un objet, sans faire appel à l'interférométrie. Ce but est atteint par le fait que le codeur optique comprenant des moyens d'émission d'un faisceau lumineux, des moyens de réception de ce faisceau, un disque dont on cherche à déterminer la position angulaire, des moyens réfléchissants pour dévier vers les moyens de réception le faisceau émis par les moyens d'émission, et des moyens de diffraction du faisceau disposé sur le disque du codeur, est caractérisé en ce que les moyens d'émission et les moyens de réception du faisceau sont situés sur un même io plan parallèle au disque du codeur, le disque étant disposé entre d'une part, le plan contenant les moyens d'émission et les moyens de réception et d'autre part, les moyens réfléchissants, les moyens réfléchissants comprenant au moins deux surfaces réfléchissantes, chaque surface formant un angle déterminé avec le plan contenant les moyens d'émission et les moyens de réception, les moyens d'émission et les moyens de réception étant alignés sur une droite. Selon une autre particularité, I'angle entre les surfaces réfléchissantes et le plan contenant les moyens d'émission et les moyens de réception est de . Selon une autre particularité, les moyens d'émission et les moyens de réception sont disposés de sorte que le chemin optique du faisceau lumineux traverse au moins une fois le disque du codeur et au moins une fois les moyens de diffraction. Selon une autre particularité, les surfaces réfléchissantes sont constituées de miroirs, et/ou de prismes, et/ou de surfaces polies de matériau. Selon une autre particularité, au moins une surface réfléchissante est de forme déterminée non plane, choisie préférentiellement parmi les formes concaves. Selon une autre particularité, les deux surfaces réfléchissantes sont de forme non plane déterminées pour que le faisceau réfléchi par la deuxième 3 2779816 surface réfléchissante en direction du récepteur soit constitué de rayons lumineux parallèles. Selon une autre particularité, les moyens d'émission du faisceau lumineux comprennent au moins un émetteur optique, chaque émetteur optique étant associé à un récepteur optique constituant les moyens de réception du faisceau lumineux. Selon une autre particularité, les moyens d'émission et les moyens de réception du faisceau lumineux sont disposés de sorte qu'ils soient alignés sur une demi-droite disjointe de l'axe de symétrie du disque. Selon une autre particularité, le faisceau lumineux émis par les moyens d'émission est contenu dans un plan perpendiculaire au plan contenant les moyens d'émission et les moyens de réception, et l'axe de symétrie du disque du codeur. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - les figures 1A à 1C représentent chacune une vue de côté des différentes variantes de réalisation de codeur optique selon l'invention o apparaissent les différentes dispositions du disque et de moyens de diffraction par rapport aux moyens d'émission et aux moyens de réception. - les figures 2A et 2B représentent chacune une vue de côté des différentes variantes de réalisation de la forme des surfaces réfléchissantes. - les figures 3A à 3D représentent chacune une vue de côté des différentes variantes de réalisation des moyens réfléchissants. - la figure 4 représente une vue de coté d'une variante de réalisation du codeur optique selon l'invention. Les figures 1A à 1C représentent une vue de côté des différentes variantes de réalisation de codeur optique selon l'invention o apparaissent les différentes dispositions du disque et des moyens de diffraction. Le codeur optique selon l'invention est utilisé pour déterminer la position angulaire d'un disque (40) par rapport à un autre objet (12). Pour ce faire, le codeur optique 4 2779816 comprend des éléments connus en soi, tels que des moyens (10) d'émission d'un faisceau (22) lumineux, des moyens (10) de réception de ce faisceau (22), des moyens réfléchissants (20, 21) et des moyens de diffraction (30) disposés sur le disque (40). Dans les figures 1A à 1C, les moyens (10) d'émission sont par exemple, constitués d'un émetteur optique E, par exemple électroluminescent, et les moyens de réception (11) sont constitués par un récepteur optique R, par exemple, un photorécepteur. Selon l'invention, l'émetteur optique E et le récepteur optique R sont disposés dans un même plan (12) perpendiculaire à l'axe (41) du disque (40) et alignés sur une droite passant par le centre du disque (40) du codeur. Avantageusement, l'émetteur E et le récepteur R sont alignés sur une demi-droite n'ayant pas de point d'intersection avec l'axe (41) de rotation du disque. La distance entre l'émetteur E et l'axe (41) de rotation du disque (40) peut indifféremment être supérieure (figure 1A et lB) ou inférieure (figure 1C) à la distance existant entre le récepteur R et l'axe (41) de rotation du disque (40). Dans ces dispositions, le disque (40) est parallèle au plan (12) comprenant l'émetteur E et le récepteur R. Les moyens (30) de diffraction sont constitués par exemple d'un réticule (30) de forme annulaire, disposé sur la face du disque opposée au plan (12) comprenant l'émetteur E et le récepteur R. Le codeur optique selon l'invention comprend également des moyens (20, 21) réfléchissant permettant de dévier le faisceau (22) lumineux. Avantageusement, les moyens (20, 21) réfléchissants comprennent au moins deux surfaces (20, 21) disposées de sorte que le disque (40) soit situé entre le plan (12) et ces deux surfaces (20, 21) réfléchissantes. Une première surface (20) est située en vis-à-vis de l'émetteur E et forme un angle déterminé avec le plan (12). La deuxième surface (21) est disposée en vis-à-vis du récepteur R et est symétrique par rapport à un axe perpendiculaire au plan (12) comprenant l'émetteur E et le récepteur R. Ainsi, le faisceau (22) est dévié une première fois par la première surface (21) vers la deuxième surface qui dévie une deuxième fois le faisceau (22) vers le récepteur R. L'angle entre la première surface (20) et le plan (12) 2779816 est avantageusement égal à 45 . Avantageusement, les deux surfaces (20, 21) réfléchissantes sont alignées sur une droite parallèle au plan (12) comprenant l'émetteur E et le récepteur R. La particularité du faisceau (22) émis par les moyens (10) d'émission est qu'il est compris dans un plan d'une part, perpendiculaire au plan (12) comprenant les moyens (10) d'émission et les moyens (11) de réception et d'autre part, contenant l'axe (41) de rotation du disque (40). Avantageusement, le chemin optique de ce faisceau (22) traverse au moins une fois le disque (40) et au moins une fois le réticule (30). La figure 1A représente une variante de o réalisation o le chemin optique du faisceau (22) traverse une seule fois le disque (40) et une seule fois le réticule (30). A cet effet, l'émetteur E et la première surface (20) réfléchissante sont disposés au-delà de la surface du disque (40) et de la surface des moyens (30) de diffraction. Ainsi, le chemin optique de faisceau (22) traverse le disque (40) et les moyens (30) de diffraction, après la déviation du faisceau (22) par la deuxième surface (21) vers le récepteur R. La figure lB représente une variante de réalisation o le chemin optique traverse une seule fois le disque (40) et deux fois les moyens (30) de diffraction. A cet effet, le réticule (30) de forme annulaire se prolonge au-delà de la surface formée par le disque jusqu'à ce qu'il coupe la portion de chemin optique existant entre l'émetteur E et la première surface (20) réfléchissante. Ainsi, le chemin optique du faisceau (22) traverse une première fois le réticule (30) avant d'être dévié par la première surface (20) puis traverse le disque (40) et, une deuxième fois, les moyens (30) de diffraction, après la déviation du faisceau (22) par la deuxième surface (21) vers le récepteur R. La figure 1C représente une variante de réalisation o le chemin optique traverse deux fois le disque (40) et deux fois les moyens (30) de diffraction. A cet effet, les dimensions du disque (40) sont telles que toute la surface du disque est située entre le plan (12) comprenant l'émetteur E et le récepteur R et les surfaces (20, 21) réfléchissantes. Les dimensions du réticule (30) de forme annulaire formant les moyens (30) de diffraction sont telles que le 6 2779816 plus grand rayon de l'anneau est au moins égal au rayon du disque (40). Le chemin optique du faisceau traverse donc une première fois le disque (40) et le réticule (30) avant d'être dévié par la première surface (20), puis traverse, une deuxième fois, le disque (40) et le réticule (30), après la déviation du faisceau (22) par la deuxième surface (21) vers le récepteur R. Ainsi, dans ces trois variantes de réalisation du codeur optique selon l'invention, le faisceau est dévié une première fois par la première surface (20), cette déviation a pour but de diriger le faisceau sur la deuxième surface (21). Le faisceau (22) est alors dévié une deuxième fois par la deuxième surface (21) pour diriger le faisceau 1o vers le récepteur. Comme décrit précédemment, le faisceau traverse au moins une fois le disque (40) et au moins une fois le réticule (30). Lors de la traversée du réticule (30), le faisceau (22) est diffracté. Cette diffraction est alors détectée et mesurée par le récepteur en fin de trajet optique, ce qui permet de déterminer, par exemple, la position angulaire du disque (40) par rapport au plan (12) comprenant l'émetteur E et le récepteur R. Les figures 2A et 2B représentent une vue de côté des différentes variantes de réalisation de la forme des surfaces réfléchissantes. Dans les figures 2A et 2B, les moyens (10) d'émission sont par exemple, constitués d'un émetteur E et les moyens de réception (11) sont constitués d'un récepteur R. Afin de simplifier la lecture des figures 2A et 2B, le disque et les moyens de diffraction n'ont pas été représentés, mais ils peuvent être disposés, par exemple selon une des variantes représentées aux figures 1A à 1C. Comme décrit précédemment, le codeur optique selon l'invention, comprend des moyens (20, 21) réfléchissants constitués de surfaces (20, 21) réfléchissantes. La qualité et la géométrie de ces surfaces (20, 21) déterminent la précision de la mesure de la position du disque (30) consécutive à la réception du faisceau sur les moyens (11) de réception. Ainsi, de manière avantageuse, au moins une surface (20, 21) est non plane. A titre d'exemple, la figure 2A représente une variante de réalisation, o la première et la deuxième surface (20, 21) sont concaves. Les dimensions de la concavité de ces deux surfaces permettent d'obtenir, dans une portion (23) de chemin optique du faisceau (22) située 7 2779816 entre la deuxième surface (21) et le récepteur R, un faisceau de rayons parallèles. La figure 2B représente une variante de réalisation o seule la deuxième surface (21) est concave de sorte que les dimensions de la concavité permettent d'obtenir, comme précédemment, un faisceau de rayons parallèles sur le récepteur R. L'obtention d'un faisceau de rayons parallèles sur le récepteur R du codeur selon l'invention permet une plus grande précision dans la mesure de la position angulaire du disque (40) par rapport au plan (12) comprenant les moyens (10) d'émission et les moyens (11) de réception. Les figures 3A à 3D représentent une vue de côté des différentes variantes de réalisation des moyens réfléchissants. Afin de simplifier la lecture des figures 3A à 3C, le disque et les moyens de diffraction n'ont pas été représentés, mais ils peuvent être disposés, par exemple selon l'une des variantes représentées aux figures 1A à 1 C. Pour la première variante de réalisation représentée figure 3A, les surfaces (20, 21) réfléchissantes sont réalisées dans un bloc (24) de matériau comprenant une cavité (241). Avantageusement, la section transversale de cette cavité (241) est constituée d'un trapèze dont les cotés opposés non parallèles entre eux constituent les première et deuxième surfaces (20, 21) réfléchissantes. Les surfaces (20, 21) réfléchissantes sont, par exemple, obtenues par polissage du matériau. Pour la deuxième variante représentée figure 3B, les moyens (210, ) réfléchissants sont constitués par deux prismes (210, 200) identiques dont les sections transversales sont des triangles rectangles isocèles. Le premier (200) respectivement le deuxième (210) prismes sont disposés en vis-à-vis de l'émetteur E respectivement du récepteur R de sorte que les faces extérieures des surfaces du premier (200) respectivement du deuxième (210) prismes, générées par les hypoténuses des triangles formant les sections transversales des prismes (200, 210) constituent les première (20) respectivement deuxième (21) surfaces réfléchissantes. L'indice de réfraction du matériau, avec lequel sont réalisés les prismes (200, 210), est déterminé pour que les rayons 8 2779816 incidents du faisceau (22) soient réfléchis lorsqu'ils frappentles surfaces (20, 21) réfléchissantes. La troisième variante représentée figure 3C est en fait une combinaison des variantes représentées figures 3A et 3B. En effet, pour cette variante, la première surface (20') réfléchissante est, par exemple réalisée dans un bloc (24) de matériau de façon analogue à la réalisation des surfaces (20, 21 figure 3A) réfléchissantes de la première variante. La deuxième surface (21') réfléchissante est obtenue par l'intermédiaire d'un prisme (210') identique aux prismes utilisés pour la deuxième variante et disposé de la même façon. Pour la quatrième variante représentée figure 3D, les moyens réfléchissants sont constitués de prismes (202, 212) dont la géométrie est identique à la géométrie des prismes (200, 210, fig. 3B) de la deuxième variante représentée figure 3B. Par contre, la disposition de ces prismes (202, 212) est différente. Pour cette quatrième variante, la disposition des deux prismes est telle que les faces intérieures des surfaces du premier (202) respectivement du deuxième (212) prismes, générées par les hypoténuses des triangles formant les sections transversales des prismes (202, 212) constituent les première (20) respectivement deuxième (21) surfaces réfléchissantes. Pour cette quatrième variante, le faisceau (22) émis par l'émetteur E pénètre dans le premier prisme (202), avant d'être dévié vers le deuxième prisme (212) par la première surface (20) réfléchissante constituée par la face intérieure de la surface du premier prisme (202) générée par les hypoténuses des triangles formant la section transversale du premier prisme (202). Le faisceau (22) pénètre ensuite dans le deuxième prisme (212) avant d'être dévié vers le récepteur R, par la deuxième surface (21) réfléchissante constituée par la face intérieure de la surface du deuxième prisme (212) générée par les hypoténuses des triangles formant la section transversale du deuxième prisme (212). La figure 4 représente une vue de coté d'une variante de réalisation du codeur optique selon l'invention. Afin de simplifier la lecture de cette figure, le disque et les moyens de diffraction n'ont pas été représentés, mais ils peuvent 9 2779816 être disposés, par exemple selon l'une des variantes représentées aux figures 1Aà 1C. Dans cette variante de réalisation, la disposition des moyens constituant l'invention, les uns par rapport aux autres ne change pas, seule la forme de ces moyens fait l'objet de variations. Dans cette variante, les moyens d'émission comprennent une pluralité d'émetteur, par exemple deux (E0, E1). Chaque émetteur E0, respectivement E1 est associé à un récepteur R0, respectivement RI alignés radialement, de sorte que les faisceaux lumineux émis par l'émetteur E0, respectivement l'émetteur E1 sont successivement o déviés par la première (20) et deuxième (21) surfaces réfléchissantes vers le récepteur R0 respectivement le récepteur R1. Les surfaces réfléchissantes (20, 21) sont, par exemple réalisées dans un bloc (24) dans lequel est pratiquée une cavité (242) de forme déterminée. Avantageusement, la forme de la section transversale de la cavité (242) est un triangle rectangle isocèle dont les deux cotés formant l'angle droit constituent les première (20), respectivement deuxième (21) surfaces réfléchissantes de chaque émetteur Eo, E1, respectivement de chaque récepteur Ro, R1. On conçoit que le codeur optique selon l'invention a une conception permettant une maintenance facilitée par le fait que les moyens d'émission et les moyens de réception sont disposés dans un même plan, ne nécessitant donc pas de démontage de l'ensemble du codeur. Il est clair que d'autres modifications à la portée de l'homme du métier entrent dans le cadre de l'invention. 2779816 REVENDICATIONS 1. Codeur optique comprenant des moyens (10) d'émission d'un faisceau (22) lumineux, des moyens (11) de réception de ce faisceau, un disque (40) dont on cherche à déterminer la position angulaire, des moyens (21, 20) réfléchissants pour dévier, vers les moyens (11) de réception, le faisceau (22) émis par les moyens (10) d'émission, et des moyens (30) de diffraction du faisceau (22) disposé sur le disque (40) du codeur caractérisé en ce que les moyens (10) d'émission et les moyens (1 1) de réception du faisceau sont situés sur un même plan (12) parallèle au disque (40) du codeur, le disque (40) étant disposé entre d'une part, le plan (12) contenant les moyens (11) d'émission et les moyens (11) de réception et d'autre part, les moyens (20, 21) réfléchissants, les moyens (20, 21) réfléchissants comprenant au moins deux surfaces (20, 21) réfléchissantes, chaque surface formant un angle déterminé avec le plan (12) contenant les moyens (10) d'émission et les moyens (11) de réception, les moyens (10) d'émission et les moyens (11) de réception étant alignés sur une droite. 2. Codeur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle entre les surfaces (20, 21) réfléchissantes et le plan (12) contenant les moyens (10) d'émission et les moyens (11) de réception est de 45 . 3. Codeur optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (10) d'émission et les moyens (11) de réception sont disposés de sorte que le chemin optique du faisceau (22) lumineux traverse au moins une fois le disque (40) du codeur et au moins une fois les moyens (30) de diffraction. 4. Codeur optique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les surfaces (20, 21) réfléchissantes sont constituées de miroirs, et/ou de prismes, et/ou de surfaces polies de matériau. 5. Codeur optique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins une surface réfléchissante est de forme déterminée non plane, choisie préférentiellement parmi les formes concaves. il 2779816 6. Codeur optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux surfaces réfléchissantes sont de forme non plane déterminées pour que le faisceau réfléchi par la deuxième surface réfléchissante en direction du récepteur soit constituéde rayons lumineux parallèles. 7. Codeur optique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens (10) d'émission du faisceau (22) lumineux comprennent au moins un émetteur optique E, chaque émetteur optique E étant associé à un récepteur optique R constituant les moyens (11) de réception du faisceau (22) lumineux. 8. Codeur optique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens (10) d'émission et les moyens (11) de réception du faisceau (22) lumineux sont disposés de sorte qu'ils soient alignés sur une demi-droite, disjointe de l'axe (41) de symétrie du disque (40). 9. Codeur optique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le faisceau (22) lumineux émis par les moyens (10) d'émission est contenu dans un plan perpendiculaire au plan (12) contenant les moyens (10) d'émission, les moyens (11) de réception, et l'axe (41) de symétrie du disque (40) du codeur.