Brevet FR2805342A1 — publié le 20010824

Capteur de numérisation 3D optique haute résolution à faible angle de triangulation La présente invention concerne un procédé et un dispositif optoélectronique de numérisation 3D optique haute résolution fonctionnant à faible angle de triangulation destiné à la saisie de forme sans contact et en temps réel de la surface d'objets quelconques. L'analyse de l'état de l'art concernant la numérisation 3D optique fait apparaître que la résolution dimensionnelle selon l'axe z est, dans un système basé sur le principe de triangulation, directement dépendante de la longueur de la base de triangulation. Il s'ensuit que la recherche d'une numérisation avec une haute résolution - typiquement 1/10000è` de la profondeur de champ ou mieux - impose de travailler avec un grand angle de triangulation typiquement plusieurs dizaines de degrés - et par-là même d'être limité par de trop fréquentes occultations des pinceaux lumineux d'éclairage ou d'observation dues à la forme quelconque de l'objet à numériser. Le procédé et le dispositif optoélectronique de numérisation 3D optique décrits ici permettent de réduire l'angle de triangulation à quelques degrés. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif optoélectronique de triangulation spatiochromatique destiné à la numérisation 31) optique haute résolution et en temps réel avec un angle de triangulation limité à quelques degrés, caractérisé en ce qu'il comporte - Une voie d'éclairage permettant de coder spectralement l'espace de mesure, à savoir un plan (x, z), et constituée # d'une source lumineuse polychromatique, # d'un objectif dont le chromatisme axial est volontairement important afin de produire un ensemble d'images monochromatiques de la source lumineuse correspondant à l'éclatement spectral axial dû au chromatisme, # d'un objectif relais permettant d'amplifier l'éclatement spectral axial ainsi que de former une série d'images réelles monochromatiques de la source lumineuse dans l'espace de mesure. La voie d'éclairage est également caractérisée par sa configuration optique télécentrique dans laquelle l'objectif chromatique est placé au foyer objet de l'objectif relais ainsi que par la position excentrée de la pupille instrumentale qui est nécessairement placée dans le plan de l'objectif chromatique, - Une voie d'observation permettant de recueillir le flux rétrodiffusé par l'objet et de le décoder spectralement afin d'en extraire l'information d'altitude recherchée, et constituée # de la même optique télécentrique que celle de la voie d'illumination caractérisée en ce qu'elle est ici traversée selon le principe du retour inverse de la lumière, à savoir que l'objectif relais est traversé avant l'objectif chromatisme et en ce que la pupille instrumentale est également décentrée et que sa position est symétrique de celle de la voie d'éclairage par rapport à l'axe optique du système télécentrique afin de travailler avec deux pupilles d'illumination et d'observation distinctes. # d'un spectrographe imageur équipé d'un récepteur photoélectrique matriciel pour capter la représentation (x, #,) du plan d'observation (x, z). Des modes de réalisation préférés du dispositif optoélectronique de numérisation 3D optique haute résolution fonctionnant à faible angle de triangulation sont décrits ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels # La figure 1 représente un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, # La figure 2 représente en vue de coté le même mode de réalisation du dispositif et ce afin de présenter clairement l'application de la séparation des pupilles d'illumination et d'observation et de ce fait du petit angle de triangulation. Le dispositif représenté figure 1 fonctionne de la façon décrite ci-après # La source lumineuse polychromatique et à spectre continu (10) éclaire au moyen d'une optique de focalisation (11) la fente source (12). # L'objectif à chromatisme axial volontairement important (13) produit un continuum d'images monochromatiques de la fente source (12). Ces images monochromatiques sont formées à très grande distance de l'objectif chromatique (13) dont le plan focal objet monochromatique correspondant à la longueur d'onde centrale (1c) du domaine spectral utile contient la fente source (12). # L'objectif relais (14) dont le plan focal objet contient l'objectif chromatique (13), forme à distance finie un continuum d'images monochromatiques (15) des images monochromatiques précédentes de la fente source (12). # Le pinceau lumineux de retour s'appuie sur la pupille expérimentale d'observation excentrée (20) symétrique de la pupille d'illumination par rapport à l'axe optique. # Le miroir plan (21) permet de replier les pinceaux afin de disposer d'une fente de filtrage spectral (22) image de la fente source (12) après double traversée de l'ensemble télécentrique et rétrodiffusion sur la surface de l'objet. # Le spectrographe imageur (18) fournit en son plan image une représentation (x, k) de la coupe (x, z) de l'objet sous examen. # Le détecteur photoélectrique matriciel (23) capte la représentation (x, #,) fournie par le spectrographe imageur. Revendications 1 - Dispositif optoélectronique de triangulation spatiochromatique destiné à la numérisation 3D optique haute résolution et en temps réel avec un angle de triangulation limité à quelques degrés, caractérisé en ce qu'il comporte - Une voie d'éclairage permettant de coder spectralement l'espace de mesure, à savoir, un plan (x, z) et constituée # d'une source lumineuse polychromatique (10) éclairant au moyen de l'objectif (11) la fente source (12). # d'un objectif (13) dont le chromatisme axial est volontairement important et dont la pupille instrumentale d'illumination (19) est excentrée. # d'un objectif relais (14) formant à distance finie un continuum d'images monochromatiques (15) de la fente source (12), ledit continuum constituant l'espace de mesure (16). - Une voie d'observation constituée successivement # des mêmes objectif relais (14) et objectif dont le chromatisme axial est volontairement important (13) avec la pupille instrumentale d'observation (20) excentrée, symétrique de la pupille instrumentale d'illumination (19) et placée dans le plan de l'objectif chromatique, # d'un miroir plan (21) de repliement des pinceaux lumineux, # d'une fente de filtrage spectral (22), laquelle fente est également fente d'entrée du spectrographe imageur (18) disposant en son plan image une représentation (x, @,) de la coupe (x, z) de l'objet sous examen. # d'un détecteur photoélectrique matriciel (23) pour capter la représentation (x, a,) fournie par le spectrographe imageur (18).