Brevet FR2776081A1 — publié le 19990917

La présente invention concerne un bloc optique de barrière lumineuse comprenant au moins un élément ayant un composant optoélectronique d'émission/réception, combiné à une optique pour échanger un faisceau lumineux avec un élé- ment homologue d'un autre bloc de barrière lumineuse pour former entre eux une barrière lumineuse d'au moins un fais- ceau lumineux. Il existe déjà différentes réalisations de bar- rières lumineuses formées d'éléments de réception et d'émission distincts, assemblés de chaque côté de la zone de la paroi lumineuse pour former entre eux des faisceaux lumi- neux dont la coupure par le passage d'un obstacle (personne ou objet) engendre l'émission d'un signal de coupure par le composant optoélectronique récepteur. Ce signal commande alors une action, par exemple l'arrêt d'une machine. Ces barrières lumineuses comportent des blocs op- tiques formés chacun de plusieurs éléments d'émission et de réception optiques; les éléments émetteurs définissent avec l'élément récepteur homologue de l'autre bloc un faisceau lu- mineux étroit faisant partie de la barrière optique; la cou- pure d'un ou plusieurs faisceaux lumineux est détectée et le signal résultant exploité comme indiqué ci-dessus. Suivant le cas, une barrière est composée de deux blocs optiques placés à chaque extrémité de la barrière. L'un des blocs est composé d'émetteurs et l'autre de récepteurs. On peut également répartir les émetteurs et les récepteurs sur les deux blocs. Enfin, la barrière peut être composée d'un bloc à émetteurs et récepteurs associés, les faisceaux lumineux étant réfléchis à l'autre extrémité de la barrière. En général, les blocs optiques associent à chaque composant optoélectronique une lentille pour privilégier une partie de l'espace et ce faisant concentrer l'énergie. En fait, cette lentille augmente la surface efficace du compo- sant et malheureusement ce couplage entre le bloc d'émission et le bloc de réception ou le composant et la lentille favo- rise des réflexions multiples élargissant le rayonnement émis ou incident à proximité de la lentille au-delà de ce que pré- voit la théorie optique géométrique et, par suite, du compo- sant optoélectronique d'émission ou de réception. Les rayons émis dans le cône optique n'atteignant pas l'optique de réception homologue, sont en principe des rayons perdus. En pratique, la situation est différente car il peut y avoir des réflexions multiples sur les structures entourant la barrière lumineuse et ces réflexions multiples se traduisent par des rayons incidents tombant à travers l'optique du bloc de réception sur le composant optoélectro-10 nique de réception, malgré l'angle d'incidence relativement élevé. Il a déjà été proposé d'atténuer le pouvoir ré- fléchissant (albédo) de l'élément du bloc situé à la récep- tion. Pour cela, on donne à la surface intérieure de l'orifice du composant, un revêtement non réfléchissant, on y réalise des stries ou de petits gradins, pour éviter que les réflexions multiples n'atteignent le composant optoélectroni- que de réception. Malheureusement, ces solutions ne sont pas satisfaisantes, ni pour leur efficacité, ni à cause de la difficulté de leur fabrication sur le plan industriel. Pour éviter ces inconvénients, la réglementation a imposé certaines conditions relatives à l'émission et à la réception. Ainsi, le faisceau d'émission doit avoir un angle d'ouverture inférieur ou au plus égal à 2 pour une distance de 3 mètres, pour la catégorie de sécurité maximale de la barrière lumineuse. Or, les solutions actuelles ne permettent que difficilement de satisfaire à ces conditions. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer un bloc optique de barrière lumineuse évitant les réflexions multiples des fais- ceaux lumineux d'émission, risquant de contourner le sujet franchissant la barrière lumineuse et qui doit être détecté, sans pour autant compliquer la fabrication du dispositif mais, au contraire, en la simplifiant. A cet effet, l'invention concerne un bloc optique de barrière lumineuse du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'élément comprend au moins une cloison formant un diaphragme entre le composant optoélectronique et l'optique. Le bloc optique selon l'invention permet, grâce à l'orifice de la cloison qui forme un diaphragme entre le com- posant optoélectronique et l'optique, tant dans le sens de l'émission (composant optoélectronique et photoémetteur) que5 dans le sens de la réception (composant optoélectronique pho- torécepteur) d'éliminer les rayons parasites provenant de ré- flexions sur des surfaces parasites non situées sur le faisceau lumineux reliant l'élément émetteur de l'élément ré- cepteur dans la barrière lumineuse. L'orifice de la cloison correspond très schématiquement à un orifice bordant le cône ou tronc de cône reliant la surface utile de l'optique à la surface utile du composant optoélectronique. Tant dans l'intervalle entre la cloison et l'optique qu'entre la cloi- son et le composant optoélectronique, cela permet de piéger les rayons lumineux dont l'inclinaison est plus forte que l'inclinaison ainsi définie par le cône ou le tronc de cône. Cela donne, grâce à des moyens très simples, une très grande fiabilité de détection au bloc optique. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, chaque élément comporte au moins deux cloisons écartées l'une de l'autre ainsi que de l'optique et du compo- sant optoélectronique pour former chaque fois des intervalles permettant de piéger les rayons lumineux parasites, c'est-à- dire des rayons dont l'angle d'inclinaison par rapport à l'axe dépasse le seuil fixé. En d'autres termes, l'élément comprend deux cloi- sons écartées l'une de l'autre, ayant chacune un orifice for- mant un diaphragme positionné pour privilégier des zones de réflexion choisies. Le bloc selon l'invention comprend un corps formé d'une paroi avant et d'une paroi arrière séparées par des cloisons, les parois et les cloisons étant reliées par des entretoises, la paroi avant étant munie chaque fois d'un ori- fice aligné sur l'axe optique de chaque élément, la paroi ar- rière ayant un logement pour un composant optoélectronique dans l'axe de l'élément, un élément frontal à lentilles pour se fixer sur le devant de la paroi avant, les lentilles étant alignées chacune sur l'axe optique de chaque élément. Cette structure du bloc selon l'invention et de l'élément frontal à lentilles optiques, constitue une solu- tion particulièrement simple pour la réalisation. Le bloc peut notamment être fabriqué par moulage par injection à l'aide d'un moule comportant des parties mobiles, qui défi- nissent entre elles la paroi avant, la paroi arrière et les cloisons, et se mettent en place ou s'extraient transversale- ment par rapport au moule d'injection. Les orifices, tant dans la paroi avant que dans les cloisons intermédiaires et éventuellement dans la cloison arrière, se réalisent à l'aide d'une broche. Comme cette broche a nécessairement une forme conique ou tronconique, dont la grande base est située du cô- té extérieur, son extraction du produit moulé ne présente au- cune difficulté. La conicité de cette broche correspond avantageusement à la conicité que l'on veut donner au fais- ceau de détection en tenant compte des paramètres du système optique (lentilles) de cet élément. De façon avantageuse, le bloc comporte des moyens de fixation dans un boîtier. Enfin, le corps comporte des broches de position- nement, en saillie par rapport à sa face avant, et l'élément frontal muni des lentilles comporte des logements dans des positions homologues aux broches pour positionner cet élément frontal sur la broche. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le bloc comporte 16 éléments et la paroi frontale est formée de deux parties ayant chacune 8 lentilles. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une vue en coupe simplifiée d'un élément de bloc optique selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique de la com- binaison d'un élément photoémetteur et d'un élément photoré- cepteur de deux blocs optiques homologues d'une barrière lumineuse, - la figure 3 est une vue en perspective d'un corps de bloc optique, - la figure 4 est une vue en perspective d'un élément frontal de bloc optique, - la figure 5 est une coupe axiale schématique du bloc optique selon la figure 3. La figure 1 montre un élément d'un bloc optique de barrière lumineuse selon l'invention. Cet élément E est destiné à émettre ou recevoir un faisceau lumineux selon l'axe XX, se compose d'une paroi arrière PR avec un logement L pour recevoir un composant optoélectronique CE émettant de la lumière dans la direction de l'axe XX à travers l'orifice 00. A l'avant, l'élément E comprend une paroi avant PA avec un orifice 03; devant cette paroi avant PA une paroi fron- tale PF avec une optique OP forme un faisceau de rayon R sen- siblement parallèle à l'axe XX. La distance focale de l'élément optique ou lentille OP est telle que le foyer se trouve sensiblement au niveau de l'orifice 00 du logement L de la paroi arrière PR. Entre la paroi arrière PR et la paroi avant PA, une première et une seconde cloison C1, C2 ont, l'une un ori- fice O1, et l'autre un orifice 02. Les deux orifices sont centrés sur l'axe XX. Les parois C1, C2 sont écartées l'une de l'autre ainsi que de la paroi arrière PR et de la paroi avant PA pour former entre elles des intervalles Il, 12, 13 servant à piéger les rayons lumineux tels que le rayon R1, incliné par rapport à l'axe XX d'un angle trop important pour le faisceau de la barrière. Ce rayon R1 arrive sur la cloison C2 puis est renvoyé vers la cloison C1 pour finalement être émis très atténué à l'extérieur. Le matériau est choisi peu réfléchissant. Il est à remarquer que les orifices 01, 02, 03 sont avantageusement situés sur un tronc de cône dont l'ouverture est définie par conception. Cet angle d'ouverture est de l'ordre de 9 verticalement et 19 horizontale- ment. En résumé l'élément E, qu'il soit photoémetteur comme celui représenté ou photorécepteur (étant donné la ré- ciprocité du cheminement des rayons lumineux), permet de n'émettre qu'un faisceau très regroupé autour de l'axe XX proche de la valeur théorique dans les conditions de fonc- tionnement des barrières lumineuses. Tout rayon qui s'écarte trop de l'angle maximum défini, tombe sur les cloisons C1, C2 entre la paroi arrière PR et la paroi avant PA pour être ren-5 voyé vers l'extérieur et ne pas risquer.de produire un rayon passant par l'optique OP pour contourner un éventuel obstacle placé sur l'axe XX et atteindre néanmoins l'élément récepteur homologue de cet élément émetteur E. La même remarque s'applique dans les mêmes conditions à la réception.10 La figure 2 montre la combinaison d'un élément photoémetteur E et d'un élément photorécepteur R. Ces deux éléments se distinguent simplement par la nature du composant qui est un composant photoémetteur CE dans le cas de l'émetteur E et un composant photorécepteur CR dans le cas de15 l'élément récepteur R. Les autres parties constitutives de l'élément récepteur R sont les mêmes que celles de l'élément émetteur E. Ils portent pour cette raison les mêmes référen- ces que celles de l'élément E et leur description ne sera pas reprise. La figure 2 montre simplement un rayon incident R2, trop incliné par rapport à l'axe XX du faisceau de cet élément de barrière lumineuse, tombe sur la cloison C1, en dehors de l'orifice O1 et il est ainsi renvoyé sur l'élément C2 puis après une nouvelle réflexion sur l'élément Cl, très atténué vers l'extérieur. Seul un rayon correspondant au rayon R émis par l'élément émetteur E, tombe sur le composant photorécepteur CR. Il en est de même d'un rayon limite R', arrivant sur le bord de l'orifice 01 qui le réfléchit et le renvoie vers le composant photorécepteur CR. La figure 3 montre un mode de réalisation du corps d'un bloc optique de barrière lumineuse selon l'invention. Ce bloc optique comprend plusieurs éléments op- tiques selon les figures 1 et 2. Ces éléments sont superposes suivant une certaine direction, par exemple la verticale. Chaque élément émet/reçoit un faisceau lumineux suivant un axe comme l'axe XX des figures 1 et 2. Le corps du bloc optique représenté à la figure 3 reçoit un élément frontal 6 tel que celui représenté à la fi- gure 4. De manière plus détaillée, le bloc optique 1 se compose d'une paroi arrière 2 analogue à la paroi arrière PR de l'élément de la figure 1, mais avec autant de logements L qu'il y a d'éléments électro-optiques (émetteur E, récepteur R). Les moyens d'alimentation électrique et les lignes de transmission des signaux n'ont pas été représentés. A l'avant, le bloc 1 comporte une paroi avant 3 analogue à la paroi avant PA de la figure 1 mais avec autant d'orifices 03i qu'il y a d'axes optiques (non représentés), correspondant à des faisceaux lumineux de la barrière lumi- neuse. Dans l'exemple représenté à la figure 3, le nombre d'orifices 03i est égal à 16 car ce bloc correspond à une barrière lumineuse à 16 faisceaux. Ces faisceaux sont tous superposés suivant l'axe vertical selon la figure 4. Entre la paroi arrière 2 et la paroi avant 3, il y a deux cloisons 4, 5, intermédiaires, écartées l'une de l'autre et ayant des orifices tels que les orifices 01, 02 alignés sur l'axe. La figure 5 qui est une vue en coupe verticale du bloc de la figure 3, montre la structure interne du bloc 1, avec sa paroi arrière 2, sa paroi avant 3 et ses parois in- termédiaires 4, 5. Cette figure montre également les axes XiXi des faisceaux, les orifices o0i, Oli, I2i et 03i de cha- que élément composant le bloc de corps 1. Sur la paroi avant 3, le bloc 1 reçoit l'élément frontal 6, muni de lentilles Opi, alignées sur les axes du corps 1. Pour des raisons de fabrication, il est préférable de couvrir le bloc 1 avec deux éléments frontaux 6, placés l'un au-dessus de l'autre. Pour l'assemblage des circuits, le corps 1 com- porte des points d'accrochage 11 et des appuis 13 dans un boîtier (non représenté), au niveau de la face arrière, ainsi que des broches 12 destinées à venir dans des logements 61 de l'élément frontal 6. Le bloc optique tel que représenté aux figures 3, 4, 5 est de préférence réalisé sous la forme d'un corps et d'un élément frontal obtenus par injection. Le corps 1 qui présente une structure ouverte sur les côtés, est réalisé no- tamment dans un moule muni de parties mobiles introduites par les côtés et définissant les différentes cloisons et parois du bloc ainsi que des broches correspondant aux orifices de la paroi avant et des différentes cloisons ainsi que de l'orifice de la paroi arrière. R E V E N D I C A T ION S 1 ) Bloc optique de barrière lumineuse comprenant au moins un élément (E) ayant un composant optoélectronique d'émission- /réception, combiné à une optique (OP) pour échanger un fais- ceau lumineux (R) avec un élément homologue d'un autre bloc de barrière lumineuse pour former entre eux une barrière lu- mineuse d'au moins un faisceau lumineux, caractérisé en ce que l'élément (E) comprend au moins une cloison (C1, C2) formant10 un diaphragme entre le composant optoélectronique (CE) et l'optique (OP) 2 ) Bloc optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément comprend deux cloisons (C1, C2) écartées l'une de l'autre, ayant chacune un orifice (01, 02) formant un dia- phragme positionné pour privilégier des zones de réflexion choisies. 30) Bloc optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend un corps (1) formé d'une paroi avant (PA) et d'une paroi arrière (PR) séparées par des cloisons (C1, C2), les parois et les cloisons étant reliées par des entretoises, la paroi avant (PA) étant munie chaque fois d'un orifice (03) aligné sur l'axe optique (XX) de chaque élément (E), la paroi arrière (PR) ayant un logement (L) pour un composant optoélectronique (CE) dans l'axe (XX) de l'élément (E), un élément frontal (PF) à lentilles (OP) pour se fixer sur le devant de la paroi avant, les lentilles (OP) étant alignées chacune sur l'axe optique (XX) de chaque élément. 4 ) Bloc optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps comporte des moyens de fixation dans un boîtier. ) Bloc optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps (1) comporte des broches de positionnement (12) en saillie vers l'avant de la paroi avant et l'élément frontal comporte des logements homologues aux broches pour le posi- tionnement de cet élément frontal sur le corps. 6 ) Bloc optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps et l'élément frontal sont réalisés par injection.