Brevet FR2841656A1 — publié le 20040102

SCANNEUR POUR LA DETECTION OPTIQUE D'OBJETS L'invention concerne un scanneur pour la détection optique d'objets muni d'un émetteur qui émet un rayon d'émission pulsé dont le balayage circulaire est assuré par un dispositif déflecteur de lumière rotatif, et muni d'un dispositif de réception qui perçoit le rayon d'émission par l'intermédiaire du déflecteur de lumière et projette sur un capteur de réception photosensible les taches lumineuses produites lors de l'incidence du rayon d'émission sur des objets Des scanneurs génériques sont notamment utilisés pour la mesure de distances et la reconnaissance d'objets à l'intérieur d'une zone surveillée, par exemple à l'avant de véhicules. Les scanneurs génériques présentent un émetteur de lumière qui génère un rayon d'émission ponctuel pulsé dont le balayage circulaire est assuré par un dispositif déflecteur de lumière rotatif. Ils sont par ailleurs munis d'un dispositif de réception qui perçoit le rayon d'émission par l'intermédiaire du déflecteur de lumière et projette sur un capteur de réception photosensible les taches lumineuses produites lors de l'incidence du rayon d'émission sur un objet. Avec les scanneurs génériques, les angles d'émission et les temps de propagation des impulsions entre l'émetteur et le dispositif de réception permettent de déterminer une ou plusieurs distances par rapport à des objets ainsi que le profil de ces objets. Pour ce faire, une unité d'interprétation programmée en conséquence est nécessaire, cette unité pouvant soit être également intégrée au scanneur, soit être installée par exemple dans un ordinateur séparé équipant le véhicule et relié à plusieurs scanneurs de véhicules. Un inconvénient de la construction générique décrite est qu'elle ne permet de mesurer des objets que dans un plan. L'objectif de la présente invention est donc, partant de l'état actuel de la technique, de proposer à des frais minimes un scanneur permettant une saisie tridimensionnelle de son entourage. Cet objectif est atteint avec un scanneur qui présente dans la trajectoire du rayon d'émission un dispositif optique qui déploie le rayon d'émission en éventail pour obtenir un rayon d'émission de section rayée, le dispositif optique étant couplé en rotation synchrone avec le dispositif déflecteur de lumière, et en ce que le dispositif de réception est muni d'un capteur de réception plan avec plusieurs champs de réception séparés qui, pour les différentes positions angulaires du dispositif déflecteur de lumière, sont affectés à des sections longitudinales définies de la section rayée du rayon d'émission. Conformément à l'invention, il est prévu d'agencer dans la trajectoire du rayon d'émission un dispositif optique qui déploie en éventail le rayon d'émission pour lui donner une section rayée. On obtient ainsi très simplement un rayon d'émission qui, avec une orientation correspondante, par exemple verticale, de sa section rayée, peut balayer des objets selon trois dimensions. Conformément à l'invention, il est prévu dans cet ordre d'idées que le dispositif optique qui peut, par exemple, être une lentille cylindrique soit couplé en rotation synchrone avec le dispositif déflecteur de lumière qui assure le balayage du rayon d'émission. Un tel couplage, par exemple réalisable par un assemblage rigide du dispositif déflecteur de lumière et du dispositif optique, garantit que l'orientation du rayon d'émission (par rapport à l'axe de rotation) soit maintenue constante quels que soient les angles de balayage. Un rayon d'émission avec par exemple une orientation verticale de sa section rayée conserve cette orientation pendant la rotation du dispositif déflecteur de lumière de sorte que le balayage d'une zone angulaire d'élévation constante est assurée pour les différents angles d'émission du rayon d'émission. Dans cet ordre d'idées et concernant le balayage stéréoscopique d'objets souhaité, il va de soi que les positionnements respectifs du dispositif optique et du dispositif déflecteur de lumière doivent être tels que la section rayée du rayon d'émission ne soit pas parallèle au plan de balayage mais forme un angle avec celui-ci. Conformément à l'invention est en outre prévu un dispositif de réception qui projette sur un capteur de réception les bandes lumineuses produites lors de l'incidence du rayon d'émission sur des objets (ou, pour les objets qui ne sont balayés que par des segments du rayon d'émission, les segments de bandes lumineuses produits en conséquence). Le capteur de réception présente plusieurs champs de réception exploitables séparément et affectés, pour les différentes positions angulaires du dispositif déflecteur de lumière, à des sections longitudinales définies de la section rayée du rayon d'émission. Dans le cas de la construction décrite du scanneur conforme à l'invention, la rotation de la projection de la bande lumineuse sur le capteur de réception est synchrone à celle du dispositif déflecteur de lumière. On peut, de ce fait, par exemple envisager comme capteur de réception une ligne de diodes en rotation synchrone avec le dispositif déflecteur de lumière. Une telle construction est cependant relativement dispendieuse. Une forme particulièrement préconisée de l'invention prévoit de ce fait un agencement non rotatif du capteur de réception dans le scanneur. Un capteur de réception approprié à une telle construction pourrait par exemple présenter un grand nombre de diodes de réception dont seul un faible pourcentage serait adressé aux différentes positions angulaires du dispositif déflecteur de lumière. Si une telle solution est théoriquement concevable, la réalisation d'une construction correspondante serait cependant extrêmement dispendieuse. Une autre forme préconisée de l'invention prévoit de ce fait que le capteur de réception non rotatif présente des champs de réception couvrant chacun une section angulaire définie du dispositif déflecteur de lumière. Une forme particulièrement préconisée de l'invention prévoit un premier champ de réception intérieur circulaire concentriquement cerné par au moins deux champs de réception extérieurs en forme de section d'anneau circonscrivant chacun un angle de 1800 au maximum. Avec un capteur de réception ainsi subdivisé en trois champs de réception on peut, pour tous les angles de balayage, découper le rayon d'émission rayé en trois sections longitudinales. Il va de soi que "l'anneau concentrique" entourant le champ de réception central peut présenter plus de deux champs de réception, par exemple quatre champs plus petits couvrant chacun une section angulaire de 900. Le nombre de champs à prévoir est une question d'optimisation, selon que l'on peut ou non tolérer les effets perturbateurs plus importants lorsque les champs sont plus grands ou qu'il faut pallier à ces effets par une réduction des dimensions des champs. Il est par ailleurs possible sans problème le nombre de champs annulaires concentriques périphériques constitués d'au moins deux surfaces partielles. On peut de cette façon avoir une résolution du rayon d'émission en un nombre d'autant plus grand de sections longitudinales. Bien évidemment, l'invention ne se limite pas à des capteurs de réception agencés sous forme d'anneaux concentriques. D'autres formes sont également envisageables, par exemple des champs polygonaux etc. Le dispositif de réception conforme à l'invention permet d'obtenir une résolution élevée avec un très petit nombre de champs de réception séparés. Dans le cas le plus simple, le nombre de champs de réception peut correspondre exactement au nombre des sections longitudinales prévues pour la résolution du rayon d'émission. Le scanneur conforme à l'invention permet ainsi, avec une construction fort peu dispendieuse, une reconnaissance tridimensionnelle d'objets. Ci-après, nous expliquerons de façon plus détaillée l'invention à l'aide de deux illustrations qui représentent respectivement Fig. 1 une vue schématique des composantes essentielles du scanneur conforme à l'invention; Fig. 2 une vue de dessus d'une forme de réalisation d'un capteur de réception pouvant être utilisé dans le scanneur conforme à l'invention. La fig. 1 représente un scanneur 10 muni d'un émetteur 11 pouvant par exemple être une diode laser. L'émetteur 11 émet un rayon 12 pulsé. Dans la trajectoire du rayon d'émission 12 est prévue une lentille cylindrique 13 qui déploie le rayon d'émission 12 en éventail pour obtenir un rayon d'émission à section rayée 120. Le rayon d'émission en éventail 120 est projeté sur un miroir tournant 14 lequel assure le balayage circulaire du rayon d'émission 120. Le miroir tournant 14 est mis en rotation autour d'un axe 15 par un entraînement 21, les différentes positions angulaires du miroir tournant 14 étant déterminées à l'aide d'un codeur angulaire 16. Le rayon d'émission 120 déployé en éventail peut maintenant balayer des objets non représentés, produisant ainsi une tache lumineuse rayée projetée par une lentille convexe 18 sur un capteur de réception 22 plan fixe dans le dispositif de réception 19 du rayon d'émission 120. Un aspect essentiel de la construction représentée est le fait que la lentille cylindrique 13 est reliée au miroir 14 par une attache 20 de façon à tourner avec celui-ci en rotation synchrone. On assure ainsi que le rayon d'émission 120 rayé conserve son orientation pendant la rotation du miroir 14. Comme nous l'avons déjà évoqué plus haut, le dispositif de réception 19 génère en règle générale une projection de raies 17 sur le capteur de réception 22, cette projection 17 tournant avec le miroir tournant 14. Pour pouvoir analyser de façon satisfaisante et avec une construction simple cette projection de raies 17 dans les différentes positions angulaires du miroir 14, il est prévu que le capteur de réception 22 présente plusieurs champs de réception affectés chacun à des sections longitudinales 120a, 120b, 120c de la section rayée du rayon d'émission 120 et à des angles de balayage définis. Le capteur de réception 22 conforme à la fig. 2 présente un champ de réception intérieur circulaire central 30 et deux champs de réception extérieurs en forme de section d'anneau 31a et 31b cernant chacun un angle de 1800 et formant ensemble un anneau concentrique au segment circulaire intérieur 30. Dans la construction représentée, le champ circulaire central 30 est centré par rapport au dispositif de réception 19 et l'anneau périphérique constitué de deux champs de réception 3la et 31b a un rayon constant. Dans la construction représentée, le champ de réception central est affecté à la section longitudinale 120b du rayon d'émission 120 sur la totalité de l'angle de balayage (3600) du rayon d'émission 120. Les champs de réception 31a, 31b sont alternativement affectés aux sections longitudinales 120a ou 120c, un changement ayant lieu tous les 1800 lors du balayage du rayon d'émission 120. La réalisation représentée rend possible avec une construction particulièrement simple la résolution en trois sections longitudinales du rayon d'émission 120 observé par le dispositif de réception 19 pour tous les angles de balayage. En relation avec les données fournies par le codeur angulaire 16, le scanneur représenté permet d'établir un profil stéréoscopique d'objets. REVENDICATION 1. Scanneur pour la détection optique d'objets muni d'un émetteur qui émet un rayon d'émission pulsé dont le balayage circulaire est assuré par un dispositif déflecteur de lumière rotatif, et muni d'un dispositif de réception qui perçoit le rayon d'émission par l'intermédiaire du déf lecteur de lumière et projette sur un capteur de réception photosensible les taches lumineuses produites lors de l'incidence du rayon d'émission sur des objets, caractérisé en ce qu'est prévu dans la trajectoire du rayon d'émission (12) un dispositif optique (13) qui déploie le rayon d'émission (12) en éventail pour obtenir un rayon d'émission de section rayée (120), le dispositif optique (13) étant couplé en rotation synchrone avec le dispositif déflecteur de lumière (14), et en ce que le dispositif de réception (19) est muni d'un capteur de réception plan (22) avec plusieurs champs de réception (30, 31a, 31b) séparés qui, pour les différentes positions angulaires du dispositif déflecteur de lumière, sont affectés à des sections longitudinales définies (120a, 120b, 120c) de la section rayée (120) du rayon d'émission. 2. Scanneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réception (19) n'est pas rotatif. 3. Scanneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de réception (19) présente un champ de réception central circulaire (30) et au moins deux champs de réception annulaires (31a et 31b) couvrant chacun au plus un angle de 1800 et formant ensemble un anneau concentrique de largeur constante circonscrivant le champ de réception circulaire (30). 4. Scanneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de réception (19) présente d'autres champs de réception en forme de section d'anneau agencés sous forme d'autres anneaux concentriques. 5. Scanneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif déflecteur de lumière est un miroir tournant en rotation continue. 6. Scanneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur est une diode laser. 7. Scanneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif optique (12) est une lentille cylindrique.