FR2848664A1 - Detecteur de position, forme et reflectivite d'une surface - Google Patents
Detecteur de position, forme et reflectivite d'une surface Download PDFInfo
- Publication number
- FR2848664A1 FR2848664A1 FR0216237A FR0216237A FR2848664A1 FR 2848664 A1 FR2848664 A1 FR 2848664A1 FR 0216237 A FR0216237 A FR 0216237A FR 0216237 A FR0216237 A FR 0216237A FR 2848664 A1 FR2848664 A1 FR 2848664A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- focusing
- detectors
- optical
- reflectivity
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 38
- 238000005375 photometry Methods 0.000 title description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 55
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 28
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 26
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 26
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 26
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 23
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 12
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 101001010600 Homo sapiens Interleukin-12 subunit alpha Proteins 0.000 claims 1
- 101000852992 Homo sapiens Interleukin-12 subunit beta Proteins 0.000 claims 1
- 102100030698 Interleukin-12 subunit alpha Human genes 0.000 claims 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- LUNQZVCDZKODKF-PFVVTREHSA-L copper acetic acid (2S)-6-amino-2-[[(2S)-2-[(2-aminoacetyl)amino]-3-(1H-imidazol-5-yl)propanoyl]amino]hexanoate (2S)-6-amino-2-[[(2S)-2-[(2-amino-1-oxidoethylidene)amino]-3-(1H-imidazol-5-yl)propanoyl]amino]hexanoate hydron Chemical compound [Cu+2].CC(O)=O.CC(O)=O.NCCCC[C@@H](C([O-])=O)NC(=O)[C@@H](NC(=O)CN)CC1=CN=CN1.NCCCC[C@@H](C([O-])=O)NC(=O)[C@@H](NC(=O)CN)CC1=CN=CN1 LUNQZVCDZKODKF-PFVVTREHSA-L 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- RCKMWOKWVGPNJF-UHFFFAOYSA-N diethylcarbamazine Chemical compound CCN(CC)C(=O)N1CCN(C)CC1 RCKMWOKWVGPNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 108010038983 glycyl-histidyl-lysine Proteins 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
L'invention concerne un détecteur de position et/ou de réflectivité d'une surface d'un objet (0B). Il comporte une source lumineuse (1) émettant, au moins un faisceau comportant au moins deux longueurs d'onde (λ1, λ2). Un dispositif de focalisation et de dispersion (3, 4) focalise les différentes longueurs d'onde du faisceau en des points espacés sur l'axe (XX'). Au moins deux détecteurs optiques (5.1, 5.2..., R1, R2...) détectent chacun la lumière dans des gammes de longueurs d'onde voisines centrées chacune sur une des dites longueurs d'onde, et fournissent des signaux de tension (VR1, VR2...). Des dispositifs de calcul (OP1, OP2) permettent de calculer la position et/ou la réflectivité d'un objet situé sur ledit axe à partir d'une combinaison des tensions délivrées par les détecteurs.Applications: Systèmes de mesures et instrumentation
Description
L'invention concerne un détecteur de position et de
forme de la surface d'un objet et permettant également de mesurer la réflectivité de cette surface.
Elle est applicable dans le domaine de la 5 métrologie pour la mesure de distances et la mesure de position ou de forme d'objets réfléchissants ou diffusants. Notamment, ces mesures doivent se faire parfois en environnement sévère et dans des espaces très réduits. C'est le cas, par exemple, des mesures qui 10 doivent être faites en présence de fortes perturbations électro-magnétiques, à haute température, en atmosphère toxique ou radioactive.
L'invention est également applicable aux mesures de vibrations qui nécessitent des temps de réponse très 15 courts de l'appareil de mesure, ainsi qu'aux mesures de réflectivité d'une surface, aux mesures des états de surfaces, et aux mesures d'épaisseurs de couches minces ou plus généralement de milieux stratifiés transparents.
Les méthodes les plus utilisées pour réaliser de 20 telles mesures sont basées soit sur la photométrie soit sur la triangulation.
Dans les capteurs de position photométriques, un faisceau lumineux incident éclaire la surface à mesurer, et un détecteur associé à un élément optique collecte 25 plus ou moins de flux lumineux se réfléchissant ou se diffusant sur cette surface selon que celle-ci est plus ou moins proche. Ces capteurs ont le mérite de la simplicité et peuvent mettre en jeux des fibres optiques pour obtenir une bonne compacité de la tête de mesure ainsi éloignée de l'unité de traitement. Mais ils réalisent une mesure relative de la distance et imposent des opérations fréquentes de calibration. Notamment, ils ne peuvent pas différencier une variation de réflectivité de la surface d'une variation de distance de l'objet.
Dans les capteurs à triangulation sur l'axe, un faisceau laser par exemple est utilisé pour illuminer l'objet à mesurer. Un système optique fait l'image du point d'impact laser sur une barrette de détection CCD, 10 CMOS ou PSD. La position de cette image le long de cette barrette est directement reliée à la distance qui sépare le capteur de l'objet. Ces capteurs sont à même de faire une mesure absolue de la position et de la réflectivité de la surface. Mais ils sont assez complexes, peu 15 compacts et très peu compatibles avec un déport à fibres optiques de la tête de mesure.
Il existe également des capteurs de position fonctionnant utilisant une source polychromatique associée à un séparateur de faisceau. Un canal de 20 transmission illumine un objectif caractérisé par un fort chromatisme et qui forme une continuité de points de focalisation sur l'axe f1, f2... Le faisceau lumineux rétrodiffusé par un objet à analyser est détecté à l'aide d'un spectromètre qui donne la position des différents 25 interfaces présents dans l'objet. Ces détecteurs réalisent une mesure précise et absolue de la position ainsi que de la réflectivité des différents interfaces présents dans l'objet mais sont très lents surtout sur des surfaces peu diffusantes, complexes et coteux. De 30 plus, ils ne peuvent résoudre la forme de l'objet que par un balayage du détecteur par rapport à ce dernier.
L'invention permet de résoudre ces problèmes.
L'invention concerne donc un détecteur de position et/ou de réflectivité d'une surface d'un objet 5 comportant une source lumineuse émettant, au moins un faisceau comportant au moins deux longueurs d'onde. Un dispositif de focalisation et de dispersion recoit ledit faisceau et permet de disperser spatialement les longueurs d'onde contenues dans ce faisceau selon un axe 10 déterminé (XX') et de focaliser les différentes longueurs d'onde en des points espacés sur l'axe (XX') de distances déterminées. Au moins deux détecteurs optiques détectent chacun la lumière dans des gammes de longueurs d'onde voisines centrées chacune sur une des dites longueurs 15 d'onde, et fournissent des signaux de tension sensiblement proportionnels à l'intensité lumineuse qu'ils reçoivent. Au moins un dispositif de calcul (OP1, OP2), connecté aux détecteurs, recoivent les signaux de tension délivrés par les détecteurs et permettent de 20 calculer la position et/ou la réflectivité d'un objet situé sur ledit axe à partir d'une combinaison des tensions délivrées par les détecteurs.
Un premier dispositif de calcul (OP1), connecté auxdits détecteurs, calcule la position de l'objet à 25 partir du rapport des tensions VR1 et VR2 délivrées par lesdits détecteurs.
Un circuit de transmission permet de transmettre la lumière de la source au dispositif de focalisation et de dispersion. Le faisceau lumineux transmis est centré ou 30 quasiment centré sur l'axe optique du dispositif de focalisation et de dispersion et un séparateur de faisceau permet de coupler les détecteurs optiques au circuit de transmission par des filtres chromatiques pour leur permettre de recevoir la lumière en retour chacun dans une gamme de longueurs d'onde déterminée.
Selon une variante de réalisation, faisceau lumineux transmis éclaire une première zone de la face d'entrée du dispositif de focalisation et de dispersion, cette première zone étant située d'un côté de l'axe optique du dispositif de focalisation et de dispersion et 10 les détecteurs optiques sont couplés optiquement à une deuxième zone de la face d'entrée du dispositif de focalisation et de dispersion située symétriquement de la première zone par rapport à l'axe optique du dispositif de focalisation et de dispersion. Le couplage se fait par 15 des filtres chromatiques pour permettre de recevoir la lumière en retour chaque détecteur dans une gamme de longueurs d'onde déterminée.
Un dispositif optique supplémentaire (LB) peut être placé en sortie du dispositif de focalisation et de 20 dispersion pour permettre d'étendre la zone de dispersion chromatique sur l'axe xx' et pour permettre notamment d'utiliser des sources lumineuses à bande spectrale étroite comme des diodes super-luminescentes.
Le dispositif de focalisation et de dispersion 25 comporte une lentille réfractive, une lentille de Fresnel, un réseau de diffraction, un élément holographique ou une combinaison de ces derniers.
Selon une forme de réalisation, le dispositif de réception comporte un réseau de diffraction recevant la 30 lumière en retour et la diffractant vers différents détecteurs optiques.
On pourra prévoir que le circuit de transmission est une fibre optique.
Selon une variante de réalisation, au moins une fibre optique couple la source lumineuse au dispositif de 5 focalisation et de dispersion et au moins une fibre optique couple le dispositif de focalisation et de dispersion aux détecteurs. Les couplages entre ces fibres et la source puis les détecteurs sont assurés par des réseaux de diffraction photoinscrits dans le matériau 10 des fibres.
Une forme d'application de l'invention prévoit que le dispositif de focalisation et de dispersion est fixé à une extrémité de la fibre optique et en ce qu'il comporte un dispositif de réflexion couplé à la sortie du 15 dispositif de focalisation et de dispersion et réfléchissant la lumière focalisée et dispersée par le dispositif de focalisation et de dispersion selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation de la fibre.
On prévoiera avantageusement qu'un premier dispositif de calcul (OP1) détermine la position x dudit objet à partir des tensions électriques VR1 et VR2 provenant d'au moins deux détecteurs optiques (Ri et R2) en appliquant une relation du type x=xl.ll/gl(VRI/VR2) 25 dans laquelle: * la fonction gl(VRl/VR2) est une fonction monotone, * gl est une fonction du système caractéristique des détecteurs Ri et R2, * il est une longueur d'onde particulière émise par la source et fournissant un pic maximal de détection sur l'un des détecteurs (Ri), * xl est la distance séparant le centre optique du dispositif de focalisation et de 5 dispersion du point de focalisation de la lumière à la longueur d'onde M1.
Par ailleurs on pourra prévoir un détecteur optique de l'intensité globale du faisceau lumineux émis par la source vers un objet situé selon ledit axe et fournissant 10 un signal de mesure. Un deuxième dispositif de calcul connecté audits détecteurs optiques, recevra les signaux de tension délivrés par les détecteurs et calculera la réflectivité de l'objet en appliquant une formule mettant en oeuvre les rapports des tensions mesurées.
On pourra prévoir également un dispositif permettant de déplacer le faisceau transmis par le dispositif de focalisation et de dispersion pour en déduire directement la forme d'un objet à partir d'une même position mécanique de la tête de mesure.
Selon une autre variante de l'invention, le détecteur de position et/ou de réflectivité au moins un faisceau de fibres couplant la source au dispositif de focalisation et de dispersion, et couplant un ensemble de détecteurs au dispositif de focalisation et de 25 dispersion. Chaque détecteur optique de l'ensemble est couplé à une fibre de façon qu'un ensemble de détecteurs donne une information spatiale de la forme de l'objet.
Un déflecteur à commande électrique peut être placé en amont de l'élément de focalisation et de dispersion 30 pour assurer une fonction de microbalayage angulaire et augmenter la résolution de la forme de l'objet détectée.
En ce qui concerne la commande, on prévoit une unité de commande permettant de commander l'émission de la source optique à des instants déterminés et une unité de traitement recevant les résultats de détection du 5 dispositif de réception et permettant de calculer la position et/ou la réflectivité d'un objet auxdits instants déterminés.
Une variante peut prévoir que le dispositif de focalisation et de dispersion comporte un modulateur 10 spatial de lumière (SLM) fonctionnant en modulation de phase pour constituer un réseau de diffraction reconfigurable électriquement.
Enfin, les détecteurs peuvent être intégrés dans l'épaisseur d'un même matériau photosensible en dessous 15 d'une surface commune, un filtrage chromatique différent étant obtenu pour chaque détecteur en raison de la différence des épaisseurs traversées et de la réponse spectrale intrinsèque au matériau photosensible.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: * La figure la, le principe du détecteur selon 25 l'état de l'art et l'invention, la figure lb une variante de ce principe plus spécifique à l'invention; * Les figures 2a et 2b, des exemples de réalisation plus détaillés d'un détecteur selon les figures la et lb respectivement; Les figures 2c à 2e, des exemples de réalisation plus intégrés mettant en oeuvre des réseaux de Bragg à 450 dans les fibres; * La figure 3, un moyen d'étendre la dispersion spatiale des différentes longueurs d'onde; * Les figures 4a et 4b, les courbes de réponse spectrale des photo-récepteurs illustrant le fonctionnement du détecteur selon l'invention avec un exemple de courbe d'étalonnage; La figure 5, une autre variante de réalisation de la partie capteur du détecteur selon l'invention; * La figure 6, une variante élaborée de l'invention avec un faisceau de fibres optiques appliqué à la mesure de forme d'une surface quelconque; * La figure 7, une variante de l'invention dans laquelle le dispositif de focalisation et de dispersion est un modulateur spatial de lumière.
En se reportant à la figure la on va décrire tout 20 d'abord un exemple général de réalisation d'un détecteur de position, de forme et/ou de réflectivité d'une surface utilisant la dispersion spatio-chromatique.
Ce détecteur comporte une source lumineuse 1 émettant un faisceau lumineux comportant par exemple 25 trois longueurs d'onde ( l, X2, 3) et de préférence une pluralité de longueurs d'onde comme cela pourra être utile dans une application pratique de l'invention. Le faisceau émis est transmis par un circuit de transmission 2 à un dispositif de dispersion en longueurs d'onde et de 30 focalisation (3, 4). Le faisceau incident sur la face d'entrée du dispositif de focalisation et de dispersion est centré sur l'axe optique du dispositif de focalisation et de dispersion de telle façon que, comme cela est représenté sur la figure la, les différentes longueurs d'onde Al, U2, 3 soient focalisées en 5 différents points fl, f2, f3 répartis le long de l'axe optique XX' du faisceau lumineux.
Par ailleurs, le circuit de transmission 2 comporte un dispositif de couplage 6 permettant de coupler un dispositif de réception 5 au circuit de transmission 2. 10 Ainsi, en présence d'un objet OB localisé par exemple au point f2, la lumière de longueur d'onde >2 est réfléchie vers le dispositif de dispersion et de focalisation (3,4) qui la retransmet vers le dispositif de couplage 6, lequel couple cette lumière dans le dispositif de 15 réception 5. Les autres longueurs d'onde sont également réfléchies mais une bien moins grande partie est reçue par le dispositif de focalisation et de dispersion. Le dispositif de réception a pour fonction de détecter la ou les longueurs d'onde contenues dans la lumière qu'il 20 reçoit et l'intensité de la lumière à ces longueurs d'onde. On voit donc que le détecteur de l'invention permet, en fonction de la ou des longueurs d'onde détectées, de repérer la position de l'objet OB situé sur 25 l'axe XX' selon lequel se propage le faisceau lumineux.
Il permet également de mesurer l'état de réflectivité de la face de cet objet en évaluant le niveau du signal à la longueur d'onde donnant le maximum de signal.
On peut également prévoir un déplacement du 30 faisceau à la surface de l'objet OB pour explorer l'état de surface ou de réflectivité de l'objet OB. Ces moyens de déplacement peuvent consister par exemple en des moyens permettant le déplacement de l'objet OB devant le faisceau ou le déplacement du dispositif de focalisation et de dispersion par rapport à l'objet OB. Selon une 5 variante de l'invention, ces moyens de déplacement peuvent comprendre aussi un dispositif de déflexion placé sur le trajet du faisceau et permettant un balayage de la face d'incidence de l'objet OB à l'aide du faisceau.
En se reportant à la figure lb, on va décrire une 10 variante de réalisation du détecteur de l'invention. Dans cette variante, le faisceau lumineux émis par la source 1 éclaire une zone Zi de la face d'entrée du dispositif de focalisation et de dispersion (3,4). Cette zone est située d'un côté par rapport à l'axe optique XX' du 15 dispositif de focalisation et de dispersion. Par exemple, il éclaire tout ou partie de la moitié supérieure de la face d'entrée du dispositif de focalisation et de dispersion. Le dispositif de réception 5 est couplé optiquement à une zone Z2 symétrique de la zone Zi par 20 rapport à l'axe XX' et de préférence de mêmes dimensions et de formes que la zone Zl.
Comme précédemment, les différentes longueurs d'onde contenues dans le faisceau émis par la source seront focalisées en différents points répartis selon 25 l'axe XX'. Un objet OB réfléchira le faisceau transmis par le dispositif de focalisation et de dispersion. La longueur d'onde se focalisant le plus près de l'objet OB, voire dans le plan de l'objet, sera entièrement ou presque entièrement réfléchie vers le dispositif de 30 réception 5 qui détectera ainsi la position de l'objet et/ou sa réflectivité.
En se reportant à la figure 2a, on va décrire un exemple de réalisation plus détaillé du détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'invention.
Sur cette figure, le circuit de transmission 2 5 prend la forme d'une fibre otique 2. On retrouve sur cette figure la source 1 qui émet un faisceau lumineux dans la fibre optique 2 par l'intermédiaire d'un séparateur de faisceau 6 et d'un dispositif de couplage 7. Ce dispositif de couplage 7 permet d'adapter la 10 section du faisceau émis par la source à la section d'entrée de la fibre 2 et peut prendre la forme d'une lentille à gradient d'indice couramment désignée sous l'appellation " Selfoc ".
L'autre extrémité 2.2 de la fibre est également 15 munie d'un dispositif de couplage similaire 7' et permet d'adapter la section du faisceau transmis par la fibre à la surface du dispositif de focalisation et de dispersion (3,4)Le dispositif de focalisation et de dispersion 20 (3,4) peut prendre la forme d'une lentille de Fresnel. Il peut prendre également la forme général d'un réseau de diffraction ou d'un hologramme.
La source 1 peut être une source lumineuse présentant une large bande en longueurs d'onde. Elle peut 25 prendre également la forme, comme cela est représenté sur la figure 2, de plusieurs sources 1.1, 1.2, 1.3 émettant à des longueurs d'onde ou des plages de longueurs d'onde différentes et couplées par des dispositifs de couplage (miroirs dichroques ou Bragg) au séparateur 6 et à 30 l'entrée de la fibre 2.
Le dispositif de réception 5 comporte, selon l'exemple de réalisation de la figure 2a, plusieurs détecteurs 5.1, 5.2, 5.3 recevant chacun une tranche spectrale de la lumière réfléchie par l'objet OB et qui 5 est transmise par la fibre 2 ainsi que par le séparateur de faisceau 6. Ces détecteurs sont associés à des dispositifs de couplage D5.1, D5.2, D5.3 (miroirs dichroques ou Bragg) réfléchissant une partie du faisceau qu'il reçoit en fonction des longueurs d'onde 10 contenues dans ce faisceau. Les faisceaux réfléchis sont focalisés par une lentille sur les détecteurs optiques 5.1, 5.2 et 5.3.
Une unité de commande UC permet de commander l'émission de la source 1 constituée des éléments 1.1 à 15 1.3. Une unité de traitement du signal UT effectue le traitement des tensions électriques VR1 à VR3 délivrées par les détecteurs 5.1 à 5.3. Comme expliqué plus loin, les rapports de tension VR1/VR2 ou VR2/VR3 donnent la position et leur moyenne la réflectivité. Eventuellement, 20 cette unité de traitement de signal UT fonctionne en se synchronisant avec l'unité de commande UC pour s'affranchir de l'illumination ambiante. L'unité de traitement de signal fournit un signal numérique ou analogique de position, de forme et/ou de réflectivité de 25 l'objet OB et l'unité de commande pilote l'instant de la mesure. Cette dernière indication peut être utile dans le cas d'un objet mobile et dans les cas de mesures de vibration et de mesures d'état de surface.
La précision d'un tel dispositif est fonction du 30 nombre de détecteurs et de la précision de lecture de la tension VR des détecteurs. Avec 3 détecteurs et une lecture sur 8 bits par exemple, au moins 500 points peuvent être obtenus sur la plage de mesure.
De façon pratique, "l'ensemble source 1 dispositif de réception 5 séparateur 6 - dispositif de 5 couplage 7 et l'extrémité 2.1 de la fibre 2 associée unité de commande UC - unité de traitement UT" peut être contenu dans un boîtier étanche. Le dispositif de couplage et le dispositif de focalisation et de dispersion (3,4) sont collés à l'extrémité 2.2 de la 10 fibre 2 pour constituer un ensemble optique très compact distant de plusieurs mètres si nécessaire du boîtier étanche. Un tel capteur peut donc réaliser des mesures en atmosphère agressive. Il est de plus insensible aux rayonnements électromagnétiques. L'extrémité 2. 2 de la 15 fibre 2, le dispositif 7' et le dispositif de focalisation et de dispersion (3,4) constituent une sonde aisément manipulable et pouvant être insérée dans une cavité étroite et profonde.
Dans les exemples de réalisation qui précèdent, on 20 a considéré à titre d'exemple que le dispositif de focalisation et de dispersion (3,4) -est une lentille de Fresnel. Une telle lentille donne lieu en fait pour chaque longueur d'onde à un point de focalisation principal, tels que fi pour la longueur d'onde Al, f2 pour 2 et f3 pour 3, ainsi qu'à un point de focalisation secondaire plus proche de la lentille de Fresnel, tels que f'l pour la longueur d'onde A1, f'2 pour X2 et f'3 pour X3.
Le tableau ci-dessous relie le pas minimum Amin du 30 réseau localisé sur la partie périphérique de la lentille de Fresnel à son diamètre (I, à deux longueurs d'onde extrêmes X1 et X2, à la distance Dl du point fl et D2 du point f2 correspondant aux foyers principaux ainsi qu'aux distances Dl' et D2' des premiers foyers secondaires correspondant. On montre aisément que pour le cas des 5 petits angles de déviation (X"Amin), Dl=IAmin/21l, D2=cAmin/2X2, D'l=4Amin/4X1, D'2=PAmin/4 2... La distance focale D d'un foyer de la lentille de Fresnel est inversement proportionnel à sa longueur d'onde associée A. Amin (pm) F (mm) xl (pm) X2 (pm) Dl (mm) D2 (mm)Dl' (mm) D2' (mm) 6 2 0,8 0,4 7,5 15 3,75 7,5 12 2 0,8 0,4 15 30 7,5 15 16 2 0,8 0,4 20 40 10 20 2 0,8 0,4 25 50 12,5 25 32 2 0,8 0,4 40 80 20 40 2 0,8 0,4 50 100 25 50 52 2 0,8 0,4 65 130 32,5 65 2 0,8 0,4 75 150 37,5 75 On constate que le rapport des distances D2/D1 est identique au rapport A1/A2, que les 2 distances des foyers secondaires Dl' et D2' sont inférieures à Dl par conséquent ne gênent pas la mesure de position se faisant 15 entre D1 et D2. Une protection mécanique du capteur peut suffire pour ne pas laisser accessible cette zone et éviter toute ambiguté de mesure. Pour un capteur devant fonctionner par exemple entre 65mm et 130mm, le pas minimum de la lentille de Fresnel est de 52 um pour une 20 pupille de 2mm de diamètre. Une telle lentille peut être aisément réalisée par moulage avec des formes linéaires ou même simplement binaires. Dans ce calcul, on a supposé que la structure de Fresnel fonctionne à l'ordre 1.
Une variante de réalisation de l'élément 3,4 à réseau mince de Fresnel ou similaire peut être un dispositif holographique. L'utilisation d'un élément optique holographique dit " HOE " présente l'avantage de 5 pouvoir fonctionner dans une plage plus réduite de longueurs d'onde, permettant un filtrage plus aisé de la lumière parasite, une moindre dépendance par rapport à la réflectivité spectrale du système, mais aussi de lever la contrainte D2/Dl = l/ 2. Il faut néanmoins superposer 10 autant de réseaux de Bragg dans le matériau holographique que l'on souhaite obtenir de points focaux. De plus ce matériau doit être très épais 0.5 à 1mm typiquement pour atteindre la sélectivité chromatique requise.
En se reportant à la figure 2b, on va maintenant décrire un exemple de réalisation plus détaillé du détecteur de la figure lb. La source optique peut être réalisée comme décrit dans le détecteur de la figure 2a et est couplée 20 optiquement à une extrémité d'une fibre 2E dont l'autre extrémité permet d'éclairer à l'aide d'une optique d'adaptation 17 la zone Zi d'un dispositif de focalisation et de dispersion prenant la forme d'une lentille de Fresnel (3,4) sur la figure 2b. L'optique 25 d'adaptation 17 peut être une lentille à gradient d'indice. La zone Zl peut être située dans la moitié inférieure de la face d'entrée de la lentille de Fresnel.
Le dispositif de réception 5 est couplé à la zone Z2, symétrique de Zl par rapport à l'axe XX', par une 30 fibre optique 2R. Comme précédemment une optique d'adaptation 7' permet d'adapter l'extrémité de la fibre à la zone Z2. A titre d'exemple, cette adaptation peut être faite sous forme d'une lentille à gradient d'indice qui peut être faite de la même façon que la lentille 17.
En se reportant à la figure 2c, on décrit une 5 réalisation très intégrée de l'invention. Selon le principe de la figure la sont mis en oeuvre des réseaux de Bragg à 450 dans un tronçon unique de fibre optique 2.
L'émetteur 1 est constitué des sources El à E3 avec leurs réseaux de couplage Ezl à Ez3, le récepteur 5, des 10 détecteurs Ri à R3 avec leurs réseaux de couplage Rzl à Rz3. Les réseaux de couplage Ezl à Ez3 assurent en outre la fonction de séparatrice pour laisser passer 50% typiquement du flux lumineux RF revenant de l'objet OB vers le récepteur 5.
En se reportant à la figure 2d, on décrit une réalisation également très intégrée de l'invention selon le principe de la figure lb mettant en oeuvre des réseaux de Bragg à 45 dans deux tronçons de fibre optique 2E et 2R distincts. L'émetteur 1, sur la fibre 2E, est 20 constitué des sources El à E3 et d'un détecteur RO avec leurs réseaux de couplage Ezl à Ez3 et RzO respectivement. Le détecteur RO sert à prélever une partie du signal EF émis pour corriger les variations de la source. Le récepteur 5, sur la fibre 2R, est constitué 25 des détecteurs Rl à R3 avec leurs réseaux de couplage Rzl à Rz3.
Sur la figure 2e, on a remplacé le récepteur constitué des détecteurs Rl à R3 avec leurs réseaux Rzl à Rz3 précédemment décrits sur la figure 2d par un 30 détecteur spatial BM associé à un réseau à modulation de pas dit RS pour effectuer une lecture continue ou sur un grand nombre de pixels détecteurs. Cette barrette BM est de type CCD, CMOS ou continue PSD, cette dernière donnant une lecture analogique directe de la position de la surface de l'objet.
En se reportant à la figure 3, on va décrire une variante de réalisation du détecteur o un élément optique achromatique LA est placé en sortie de l'élément de focalisation et dispersion 3,4. Cet élément optique LA de distance focale f fait l'image, avec un facteur de 10 grandissement G, des plans Pi à P3 respectivement en P'l à P'3 de façon à étendre la plage de mesure de l'objet OB. Ainsi, par exemple, avec une distance focale f de 4.5mm, une distance pl de 4.7mm, une distance p3 de 4.9mm, la distance pi est de 105mm et p3 de 55mm soit une 15 plage de mesure de 50mm soit un Grandissement G de 250.
Le rapport de distances p3/pl n'est que de 0.96 soit une variation de longueur d'onde de seulement 55nm autour de 1300nm. Cette disposition optique permet donc d'atteindre une grande plage de mesure pour l'objet OB avec une 20 source de largeur spectrale assez faible de type diode super-luminescente " DSL ". Celle-ci offre en effet une puissance lumineuse importante (plusieurs mW) avec une efficacité de couplage dans la fibre optique très élevée de l'ordre de 100mW en comparaison de sources blanches ou 25 leds.
La figure 4a donne plus de détails sur le principe de fonctionnement du détecteur de position selon l'invention et notamment sur l'importance du choix des filtres dichroques D5.1 à D5.3 évoqués précédemment. Ces 30 filtres doivent avoir un maximum de réponse spectrale centrée sur la longueur d'onde correspondant au premier bord du segment attribué. La longueur d'onde AM correspond dans l'espace à un plan Pi situé à une distance xl du dispositif de focalisation et de dispersion (3,4), M2 à un plan P2 situé à une distance x2 5 et X3 à un plan P3 situé à une distance x3. Les détecteurs 5.1, 5.2 et 5.3 ont alors leur pic de réponse spectrale respectivement à Al, 2 et X3.Une certaine fonction gl dépendant de la réponse spectrale des détecteurs et des filtres dichroques associés permet 10 d'estimer la longueur d'onde X par une expression du type X=gl (VR1/VR2) . La détermination de cette fonction " gl " est effectuée lors de l'étalonnage du détecteur et est représentée sur la figure 4b.
Si on considère qu'un objet OB est situé entre les 15 plans Pi et P2, selon que cet objet sera, par exemple, plus proche du plan Pi que du plan P2, le détecteur 5.1 associé au filtre dichroque D5.1 recevra plus de lumière à la longueur d'onde Ai que le détecteur 5.2 associé au filtre dichroque D5.2 ne reçoit de lumière à cette même 20 longueur d'onde A1. La réponse en tension d'un détecteur est proportionnelle à la quantité delumière qu'il reçoit tant qu'il n'est pas saturé. Le rapport des tensions VR1 et VR2 fournies par les détecteurs 5.1 et 5.2 permet alors de déterminer la position de l'objet par rapport 25 aux plans Pi et P2. Plus précisément, si x est l'abscisse de l'objet OB par rapport au centre de la lentille (3,4), X,sa longueur d'onde associée alors x=xl.X1/X car on a montré précédemment que x est inversement proportionnel à S. Le couple de détecteurs (Ri, R2) permet de connaître 30 la longueur d'onde X associée à la position x de l'objet avec la relation X=gl(VR1/VR2).On a donc approximativement la relation x=xl.X1/gl(VR1/VR2).
L'invention prévoit ainsi un dispositif intégré dans l'unité de traitement UT pour calculer en temps réel, 5 connaissant la fonction " gl " et le rapport VR1/VR2 des tensions délivrées par les détecteurs 5.1 et 5.2, la position x de l'objet entre les deux plans Pi et P2.
De façon générale, on peut considérer que les rapports de tensions des détecteurs VR1/VR2 et VR2/VR3 10 sont reliés à la position x de l'objet OB par une relation simple et précise dans leurs intervalles respectifs comme le montre le tableau donnant la " Position OB " et les courbes de la figure 4b.
De plus, le tableau donnant la " Réflectivité OB " 15 dans la figure 4b indique comment exploiter les tensions VR pour en déduire la réflectivité de la surface. Dans ce traitement, il peut être judicieux de se servir de la tension VRO pour normaliser le flux lumineux EF par rapport aux fluctuations de puissance des émetteurs El à 20 E3. Un traitement plus élaboré consiste à prendre en compte la longueur d'onde déduite du rapport de tensions VR et, connaissant la réponse spectrale des détecteurs Ri à R3, donner une valeur plus précise de la réflectivité de la surface. On constate que si la mesure de 25 l'intensité lumineuse globale du faisceau réfléchi, toutes longueurs d'onde confondues, donne lieu à une tension VRO délivrée par un détecteur de mesure tel que le détecteur RO de la figure 2d, la réflectivité est sensiblement proportionnelle au rapport (VR1+VR2)/2VRO.
La figure 4c représente le synoptique du traitement permettant la détermination de la position d'un objet et de sa réflectivité. Sur cette figure on n'a représenté que deux détecteurs Ri et R2, ainsi qu'un détecteur RO de mesure d'intensité globale du signal lumineux émis. En supposant qu'un objet OB est situé à proximité du plan 5 Pl, il renvoie un faisceau d'intensité importante à la longueur d'onde M. Le détecteur Ri délivre un signal de tension VR1 relativement importante. Le détecteur R2 délivre un signal VR2 moins important. Un opérateur de calcul OPi connecté à ces récepteurs reçoit les valeurs 10 de ces niveaux de tension et calcule la position de l'objet OB en appliquant la formule x=xl. Xi/gl(VRl/VR2) , xl, Xl étant des constantes et gl une fonction inhérentes au système.
Un autre opérateur OP2 connecté aux détecteurs Ri 15 et R2 ainsi qu'au détecteur RO permet de calculer la réflectivité du système en effectuant l'opération r=k(VRl/VR2).(VRl+VR2)2VRO o k est une fonction intrinsèque au système corrigeant la réponse spectrale des détecteurs et les variations de l'ouverture optique. 20 En se reportant à la figure 5, on va maintenant décrire une variante de réalisation de l'invention appliquée à la mesure de surfaces difficilement accessibles telles que l'intérieur d'un filetage 51. Pour cela, l'extrémité de la fibre optique munie du dispositif 25 de dispersion et de focalisation telle que la lentille de Fresnel (3,4) est équipée d'un dispositif de renvoi de la lumière à 900 tel qu'un prisme 8. Un tel capteur permettra, par exemple de mesurer l'intérieur du filetage et d'en contrôler la régularité. Il est notamment 30 possible de faire une coupe du filetage dans tous ses plans en tournant la tête de mesure du capteur autour de son axe et/ou de placer côte à côte plusieurs têtes de mesure. La figure 6 montre une variante élaborée du dispositif selon l'invention permettant de détecter une 5 forme quelconque de l'objet intercepté par l'axe xx'. Un cordon optique F2 constitué de plusieurs fibres optiques accolées entre-elles ou d'une fibre optique à plusieurs coeurs est utilisée à la place de la fibre optique 2 précédente. Une lentille achromatique LB est utilisée 10 pour former un faisceau lumineux de même section que la section de l'élément optique (3,4) et conjuguer optiquement la section F2.2 de sortie du cordon optique F2 à un ensemble de plans P placés entre Pi et P2 correspondant respectivement aux longueurs d'ondeXl à X2. 15 C'est l'ensemble de l'espace compris entre les deux plans Pi et P2 limité latéralement par le champ optique qui est ainsi adressé. Le cordon optique F2 est relié au boîtier opto-électronique tel que celui décrit dans les figures 2a ou 2b.
Dans le premier cas, correspondant à la figure 2a, toutes les fibres 2 constituant le cordon F2 sont illuminées simultanément par la source 1 à l'aide de l'élément de couplage 7. Le flux lumineux rétrodiffusé par l'objet OB et transmis par chacune des fibres 2 est 25 imagé via le séparateur 6 sur chacun des détecteurs 5.1 à 5.3. Ceux-ci sont en l'occurrence des détecteurs spatiaux matriciels ou linéaires de type CCD, CMOS ou PSD. Dans le second cas de l'architecture de la figure 2b, les fibres optiques d'émission et de réception sont séparées mais le 30 principe de fonctionnement est similaire.
Le traitement des tensions électriques VR est identique au cas élémentaire à part qu'il s'opère ici en chaque point de l'image pour reconstituer instantanément la forme 2D ou 3D de la surface de l'objet OB à mesurer. 5 Dans le cas de l'utilisation de détecteurs de type PSD, les signaux de tension VR renseignent sur la pente locale de la surface, leur rapport sur la position moyenne de la surface. Un déflecteur électro- optique à cristal liquide par 10 exemple peut avantageusement être intercalé entre les éléments optiques LB et (3, 4) pour assurer une fonction de microbalayage de la surface et accroître ainsi la résolution spatiale. Ce système constitue un profilomètre sans contact à cordon et tête optique très compacts car 15 avec des fibres optiques de diamètre 50pum arrangées en matrice de 30x30 par exemple, le diamètre du cordon optique est de l.5mm seulement. Un simple microbalayage de 20x20 points permet d'obtenir une image d'au moins 400000 pixels. L'utilisation d'une fibre optique multi20 coeur permet de réduire encore le diamètre du cordon optique. La figure 7 montre une variante de l'invention mettant en oeuvre un modulateur spatial de lumière " SLM " associé à un polariseur " P " placé en amont. Ce " SLM " 25 à cristal liquide en mode nématique parallèle ou ferroélectrique 450 de préférence peut assurer la fonction de focalisation-dispersion car il peut se comporter comme une lentille de Fresnel analogique ou binaire de phase dont le centre et la focale sont 30 ajustables électriquement. Il est ainsi possible d'analyser rapidement (à une cadence de 50Hz en mode nématique, 1kHz ou plus en mode ferroélectrique) l'ensemble des couches. Ce principe peut être utilisé pour constituer un microscope tridimensionnel et étendre notamment de cette manière la profondeur de champ.
Il est à noter que dans les exemples de réalisation qui précèdent, le dispositif de focalisation et de dispersion (3,4) à été réalisé en un seul composant diffractif (lentille de Fresnel par exemple) mais qu'il pourrait être réalisé à l'aide d'un dispositif de 10 focalisation réfractif et d'un dispositif de dispersion diffractif acouplés ou bien d'un composant hybride réfractif et diffractif.
La figure 8 représente une variante de l'invention qui met en oeuvre un faisceau (F2) de fibre (2), relié sur 15 une extrémité à une tête optique telle que celle décrite en figure 6 et sur l'autre extrémité à un boîtier optoélectronique. Ce dernier comprend une lentille LO, un séparateur 6, une voie d'émission constituée d'une lentille Li et d'une source 1.1 associée, une voie de 20 réception constituée d'une lentille L5 associée à un détecteur 5. Ce détecteur comprend 2 couches superposées de détection optique 5.1 et 5.2. Chaque couche comprend un arrangement périodique bi-dimensionnel de pixels détecteurs respectivement 5.1(i,j) et 5.2(i,j) o i est 25 le numéro de la colonne et j le numéro de la ligne.
Chaque pixel détecteur 5.1(i,j) et 5.2(i,j) génère une tension VRl(i,j) et VR2(i,j) respectivement. Les traitements des dispositifs de calculs OP1 et/ou OP2 réalisés au sein de l'unité (UT) sont similaires à ceux 30 décrit précédemment mais sont effectué ici pour tous les pixels (i,j) du plan de détection. L'unité de commande (UC) pilote la source 1 et éventuellement le déflecteur électro-optique assurant un micro-balayage.
De tels détecteurs doubles permettant de détecter la longueur d'onde au niveau d'un pixel sur un substrat 5 de silicium (dispositif BDJ en CMOS) ont déjà été réalisés dans l'état de l'art en empilant deux photodiodes dans l'épaisseur du silicium. La photo-diode supérieure a son pic de sensibilité à 400=m et la photodiode inférieure davantage dans l'infrarouge à 700nm par 10 exemple. En choisissant dans ce cas X1 à 400nm et X2 à 700nm, on est bien dans les conditions de fonctionnement décrites dans la figure 4. Les filtrages en longueurs d'onde différents pour les deux photodiodes sont obtenus en raison de la différence des épaisseurs de matériaux 15 traversées pour atteindre les deux photodiodes et raison de la réponse spectrale du matériau photosensible. Une telle disposition est donc très avantageuse car elle ne comprend qu'un seul plan de détection qui donne directement la position et la forme locale de l'objet 20 pour une même position mécanique de la tête optique.
Le détecteur de l'invention présente les avantages suivants: - Compacité de la tête de mesure; - Possibilité de déport de la tête de mesure par rapport à l'appareil ce qui permet des mesures dans des lieux difficilement accessibles ou en atmosphère dangereuse, explosive par exemple; - Bonne tenue en température et insensibilité aux 30 ondes électromagnétiques; - Compatibilité avec des fibres optiques multimodes ou monomodes - Relation précise entre la position recherchée et la répartition des tensions électriques des différents 5 détecteurs ne nécessitant que des traitements simples et rapides; - Insensibilité de la mesure de position par rapport à la réflectivité de la surface et mesure de celle-ci; - Très grande rapidité du dispositif, simplement limitée par le temps d'opérations de correction d'échelle, de division ou de moyenne; - Compatibilité avec des sources lumineuses très efficaces comme les DSL et permettant donc de mesurer des 15 surfaces très peu diffusantes.
- Une plage de mesure qui ne dépend que de l'optique choisie (élément dispersif, de focalisation et de grandissement) , cette optique est interchangeable et peut être adaptée au gré des besoins; - Tolérance angulaire ajustable en fonction de l'ouverture choisie pour la tête optique; - Possibilité de fonctionner en mode imagerie et de mesurer ainsi une forme quelconque de surface.
L'invention est donc applicable: - A la métrologie sans contact en environnement sévère avec accès difficile; - Dans la mesure de la position d'objets réfléchissants ou diffusants - Dans la mesure de vibrations Dans la mesure de réflectivité de surface; - Pour la numérisation bi-dimensionnelle ou tridimensionnelle d'objets.
Claims (18)
1. Détecteur de position et/ou de réflectivité d'une surface d'un objet (OB) caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse (1) émettant, au 5 moins un faisceau comportant au moins deux longueurs d'onde (X1, X2), un dispositif de focalisation et de dispersion (3, 4) recevant ledit faisceau et permettant de disperser spatialement les longueurs d'onde contenues dans ce faisceau selon un axe 10 déterminé (XX') et de focaliser les différentes longueurs d'onde en des points espacés sur l'axe (XX') de distances déterminées, au moins deux détecteurs optiques (5.1, 5.2..., Rl, R2...) détectant chacun la lumière dans des gammes de longueurs 15 d'onde voisines centrées chacune sur une des dites longueurs d'onde, et fournissant des signaux de tension (VR1, VR2...) sensiblement proportionnels à l'intensité lumineuse qu'ils reçoivent, au moins un dispositif de calcul (OP1, OP2), connecté auxdits 20 détecteurs, recevant les signaux de tension délivrés par les détecteurs et permettant de calculer la position et/ou la réflectivité d'un objet situé sur ledit axe à partir d'une combinaison des tensions délivrées par les dits détecteurs.
2. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un premier dispositif de calcul (OP1) connecté auxdits détecteurs, calculant la position dudit objet à partir du rapport des tensions VR1 et VR2 délivrées par lesdits détecteurs.
3. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 5 comporte un circuit de transmission (2) permettant de transmettre la lumière de la source au dispositif de focalisation et de dispersion (3,4), ledit faisceau lumineux étant centré ou quasiment centré sur l'axe optique du dispositif de focalisation et 10 de dispersion et en ce qu'il comporte un séparateur de faisceau (6) permettant de coupler les détecteurs optiques (5.1, 5.2... ) au circuit de transmission (2) par des filtres chromatiques (D5.1, D5.2.
) pour leur permettre de recevoir la lumière en retour chacun 15 dans une gamme de longueurs d'onde déterminée...CLMF:
4. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit faisceau lumineux éclaire une première zone de la face d'entrée du dispositif de focalisation et de 20 dispersion, ladite première zone étant située d'un côté de l'axe optique du dispositif de focalisation et de dispersion et en ce que les détecteurs optiques sont couplés optiquement à une deuxième zone de la face d'entrée du dispositif de 25 focalisation et de dispersion située symétriquement de la première zone par rapport à l'axe optique du dispositif de focalisation et de dispersion, le couplage se faisant par des filtres chromatiques pour leur permettre de recevoir la lumière en retour 30 chacun dans une gamme de longueurs d'onde déterminée.
5. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un dispositif optique supplémentaire (LB) placé en sortie du dispositif de 5 focalisation et de dispersion permet d'étendre la zone de dispersion chromatique sur l'axe xx' permettant notamment d'utiliser des sources lumineuses à bande spectrale étroite comme des diodes super- luminescentes.
6. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de focalisation et de dispersion comporte une lentille réfractive, une lentille de Fresnel, un réseau de diffraction, un 15 élément holographique ou une combinaison de ces derniers.
7. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de réception comporte un 20 réseau de diffraction recevant la lumière en retour et la diffractant vers différents détecteurs optiques (5.1, 5.2....
8. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé 25 en ce que le circuit de transmission est une fibre optique.
9. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une fibre optique 30 couplant la source lumineuse au dispositif de focalisation et de dispersion et au moins une fibre optique couplant le dispositif de focalisation et de dispersion aux détecteurs et en ce que les couplages entre ces fibres et la source puis les détecteurs sont assurés par des réseaux de diffraction photo5 inscrits dans le matériau des fibres.
10. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de focalisation et de dispersion (3,4) est fixé à une extrémité 10 (2.2) de la fibre optique (2) et en ce qu'il comporte un dispositif de réflexion (8) couplé à la sortie du dispositif de focalisation et de dispersion et réfléchissant la lumière focalisée et dispersée par le dispositif de focalisation et de 15 dispersion selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation de la fibre.
11. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un premier dispositif de calcul (OP1) de la position x dudit objet à partir des tensions électriques VR1 et VR2 provenant d'au moins deux détecteurs optiques (Rl et R2) en appliquant une relation du type 25 x=xl.Xl/gl(VR1/VR2) dans laquelle: * la fonction gl(VRl/VR2) est une fonction monotone, * gl est une fonction du système caractéristique des détecteurs Rl et R2, * X1 est une longueur d'onde particulière émise par la source et fournissant un pic maximal de détection sur l'un des détecteurs (Ri), * xl est la distance séparant le centre optique du dispositif de focalisation 5 et de dispersion du point de focalisation de la lumière à la longueur d'onde kl.
12. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un 10 détecteur optique (RO) de l'intensité globale du faisceau lumineux émis par la source (1) vers un objet situé selon ledit axe et fournissant un signal de mesure (VRO), ainsi qu'un deuxième dispositif de calcul (OP2) connecté audits détecteurs optiques, 15 recevant les signaux de tension (VR1, VR2) délivrés par les détecteurs et calculant la réflectivité en appliquant une formule mettant en oeuvre les rapports VR1/VRO et/ou VR2/VRO.
13. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif permettant de déplacer le faisceau transmis par le dispositif de focalisation et de dispersion (3,4) pour en déduire directement 25 la forme de l'objet (OB) à partir d'une même position mécanique de la tête de mesure.
14. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il 30 comporte au moins un faisceau (F2) de fibres (2) couplant la source (1) au dispositif de focalisation et de dispersion, et couplant un ensemble de détecteurs (5.1, 5.2...) au dispositif de focalisation et de dispersion chaque détecteur optique de l'ensemble étant couplé à une fibre (2) de façon 5 qu'un ensemble de détecteurs donne une information spatiale de la forme de l'objet.
15. Détecteur de position et/ou de réflectivité selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'un déflecteur à commande électrique est 10 placé en amont de l'élément de focalisation et de dispersion pour assurer une fonction de microbalayage angulaire et augmenter la résolution de la forme de l'objet détectée.
16. Détecteur de position et de réflectivité 15 selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande (UC) permettant de commander l'émission de la source optique (1) à des instants déterminés et une unité de traitement (UT) recevant 20 les résultats de détection du dispositif de réception et permettant de calculer la position et/ou la réflectivité d'un objet (OB) auxdits instants déterminés.
17. Détecteur de position et de réflectivité 25 selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de focalisation et de dispersion comporte un modulateur spatial de lumière (SLM) fonctionnant en modulation de phase pour constituer un réseau de diffraction 30 reconfigurable électriquement.
18. Détecteur de position et de réflectivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux détecteurs 5.1 et 5.2 sont intégrés dans l'épaisseur 5 d'un même matériau photosensible en dessous d'une surface commune, un filtrage chromatique différent étant obtenu pour chaque détecteur en raison de la différence des épaisseurs traversées et de la réponse spectrale intrinsèque au matériau photosensible.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0216237A FR2848664B1 (fr) | 2002-12-11 | 2002-12-11 | Detecteur de position, forme et reflectivite d'une surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0216237A FR2848664B1 (fr) | 2002-12-11 | 2002-12-11 | Detecteur de position, forme et reflectivite d'une surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2848664A1 true FR2848664A1 (fr) | 2004-06-18 |
| FR2848664B1 FR2848664B1 (fr) | 2005-03-11 |
Family
ID=32338962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0216237A Expired - Fee Related FR2848664B1 (fr) | 2002-12-11 | 2002-12-11 | Detecteur de position, forme et reflectivite d'une surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2848664B1 (fr) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005085750A1 (fr) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Carl Mahr Holding Gmbh | Tete de mesure optique |
| FR2876791A1 (fr) * | 2004-10-19 | 2006-04-21 | Micro Module Sarl | Multimetre electro-optique |
| WO2010006764A2 (fr) * | 2008-07-18 | 2010-01-21 | Luphos Gmbh | Interféromètre multi-longueurs d'ondes à fibres optiques pour la mesure absolue de distances et topologies de surfaces pour de grandes distances de travail |
| WO2011042606A1 (fr) * | 2009-10-08 | 2011-04-14 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Instrument de mesure et procédé de détermination des propriétés d'un élément et de sa surface |
| EP2455776A1 (fr) * | 2010-11-17 | 2012-05-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Module de capteur à infrarouges |
| WO2013093459A3 (fr) * | 2011-12-21 | 2014-01-09 | Taylor Hobson Limited | Appareil métrologique |
| GB2507813A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-14 | Focalspec Oy | Inspecting seals of items |
| US9476707B2 (en) | 2012-09-17 | 2016-10-25 | Focalspec Oy | Method and measuring device for measuring the distance of a surface, thickness and optical properties of an object |
| JP2021531630A (ja) * | 2018-07-24 | 2021-11-18 | ケーエルエー コーポレイション | 複数通りの波長を用いる複数作動距離高さセンサ |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2144537A (en) * | 1983-08-02 | 1985-03-06 | Ottica Ist Naz | Profile measuring instrument |
| US4806776A (en) * | 1980-03-10 | 1989-02-21 | Kley Victor B | Electrical illumination and detecting apparatus |
| WO1996041123A1 (fr) * | 1995-06-07 | 1996-12-19 | Keravision, Inc. | Microscope a foyer commun a mesure de distance |
| FR2805342A1 (fr) * | 2000-02-21 | 2001-08-24 | Sabban Joseph Cohen | Capteur de numerisation 3d optique haute resolution a faible angle de triangulation |
-
2002
- 2002-12-11 FR FR0216237A patent/FR2848664B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4806776A (en) * | 1980-03-10 | 1989-02-21 | Kley Victor B | Electrical illumination and detecting apparatus |
| GB2144537A (en) * | 1983-08-02 | 1985-03-06 | Ottica Ist Naz | Profile measuring instrument |
| WO1996041123A1 (fr) * | 1995-06-07 | 1996-12-19 | Keravision, Inc. | Microscope a foyer commun a mesure de distance |
| FR2805342A1 (fr) * | 2000-02-21 | 2001-08-24 | Sabban Joseph Cohen | Capteur de numerisation 3d optique haute resolution a faible angle de triangulation |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| AZENG L ET AL: "MULTI-POINT DYNAMIC DISPLACEMENT PROBE THAT USES A SELF-FOCUSING MICRO-LENS ARRAY", OPTICAL ENGINEERING, SOC. OF PHOTO-OPTICAL INSTRUMENTATION ENGINEERS. BELLINGHAM, US, vol. 36, no. 5, 1 May 1997 (1997-05-01), pages 1361 - 1365, XP000692366, ISSN: 0091-3286 * |
| PFEIFER T ET AL: "FIBER-OPTIC REFLEX SENSORS FOR INDUSTRIAL APPLICATIONS", MEASUREMENT, INSTITUTE OF MEASUREMENT AND CONTROL. LONDON, GB, vol. 12, no. 3, 1994, pages 291 - 304, XP000434505, ISSN: 0263-2241 * |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005085750A1 (fr) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Carl Mahr Holding Gmbh | Tete de mesure optique |
| FR2876791A1 (fr) * | 2004-10-19 | 2006-04-21 | Micro Module Sarl | Multimetre electro-optique |
| WO2010006764A2 (fr) * | 2008-07-18 | 2010-01-21 | Luphos Gmbh | Interféromètre multi-longueurs d'ondes à fibres optiques pour la mesure absolue de distances et topologies de surfaces pour de grandes distances de travail |
| WO2010006764A3 (fr) * | 2008-07-18 | 2010-11-18 | Luphos Gmbh | Interféromètre multi-longueurs d'ondes à fibres optiques pour la mesure absolue de distances et topologies de surfaces pour de grandes distances de travail |
| JP2013507608A (ja) * | 2009-10-08 | 2013-03-04 | テクノロジアン タトキマスケスクス ヴィーティーティー | 物品及びその表面の特性を決定するための測定機器及び方法 |
| US20120206710A1 (en) * | 2009-10-08 | 2012-08-16 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt | Measuring instrument and method for determination of the properties of an item and its surface |
| WO2011042606A1 (fr) * | 2009-10-08 | 2011-04-14 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Instrument de mesure et procédé de détermination des propriétés d'un élément et de sa surface |
| US8786836B2 (en) | 2009-10-08 | 2014-07-22 | Focalspec Oy | Measuring instrument and method for determination of the properties of an item and its surface |
| EP2486392A4 (fr) * | 2009-10-08 | 2017-01-04 | Focalspec Oy | Instrument de mesure et procédé de détermination des propriétés d'un élément et de sa surface |
| EP2455776A1 (fr) * | 2010-11-17 | 2012-05-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Module de capteur à infrarouges |
| CN102565803A (zh) * | 2010-11-17 | 2012-07-11 | 三星电子株式会社 | 红外传感器模块 |
| CN102565803B (zh) * | 2010-11-17 | 2015-09-02 | 三星电子株式会社 | 红外传感器模块 |
| WO2013093459A3 (fr) * | 2011-12-21 | 2014-01-09 | Taylor Hobson Limited | Appareil métrologique |
| US9476707B2 (en) | 2012-09-17 | 2016-10-25 | Focalspec Oy | Method and measuring device for measuring the distance of a surface, thickness and optical properties of an object |
| GB2507813A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-14 | Focalspec Oy | Inspecting seals of items |
| GB2507813B (en) * | 2012-11-13 | 2017-06-21 | Focalspec Oy | Apparatus and method for inspecting seals of items |
| JP2021531630A (ja) * | 2018-07-24 | 2021-11-18 | ケーエルエー コーポレイション | 複数通りの波長を用いる複数作動距離高さセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2848664B1 (fr) | 2005-03-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1335418C (fr) | Capteur interferometrique et son utilisation dans un dispositif interferometrique | |
| EP0291394B1 (fr) | Capteur de déplacement à fibres optiques décalées | |
| EP0033048B1 (fr) | Interféromètre à cavité optique accordable comprenant une fibre optique monomode et application au filtrage et à la spectrographie | |
| FR2542868A1 (fr) | Capteur a cavites de fabry-perot | |
| FR2458830A1 (fr) | Systeme de representation optique muni d'un systeme de detection opto-electronique servant a determiner un ecart entre le plan image du systeme de representation et un second plan destine a la representation | |
| FR2580072A1 (fr) | ||
| EP4042098A1 (fr) | Dispositif et procede de mesures d'imagerie et d'interferometrie | |
| FR2848664A1 (fr) | Detecteur de position, forme et reflectivite d'une surface | |
| FR2495315A1 (fr) | Dispositif de mesure a fibres optiques | |
| FR2728678A1 (fr) | Capteur du type modulation optique et appareil d'instrumentation de processus utilisant celui-ci | |
| EP3936887B1 (fr) | Système lidar cohérent à rapport signal sur bruit amélioré | |
| EP0825431B1 (fr) | Méthode d'étalonnage d'un appareil spectroscopique | |
| FR3084158A1 (fr) | Methode et dispositif de caracterisation de filtres optiques | |
| EP4097423B1 (fr) | Système de mesure d'une pluralité de paramètres physiques en un point de mesure par une fibre optique multimode | |
| FR2879291A1 (fr) | Refractometre a reseau de bragg en angle, utilisant la puissance optique difractee vers le continuum de modes radiatifs. | |
| WO2000009978A1 (fr) | Appareil de mesure de la longueur d'onde d'un faisceau lumineux | |
| FR2899323A1 (fr) | Dispositif de mesure interferometrique. | |
| FR2680012A1 (fr) | Dispositif de dispersion spectrale. | |
| FR2765964A1 (fr) | Dispositif optique de mesure de distance avec une grande precision | |
| CH645733A5 (fr) | Dispositif optique a cables en fibres optiques. | |
| FR2671872A1 (fr) | Spectrophotometre portatif pour l'etude in situ du spectre d'absorption d'une substance. | |
| EP0591912B1 (fr) | Interféromètre, comprenant un ensemble intégré et un miroir séparés l'un de l'autre par une région de mesure | |
| EP3948168B1 (fr) | Dispositif de répartition de signal pour la mesure de décalages en longueur d'onde | |
| EP0591911B1 (fr) | Interféromètre comprenant un ensemble intégré et une unité réfléchissante séparés l'un de l'autre par une région de mesure | |
| EP0499545B1 (fr) | Récepteur de démultiplexage parallèle pour un réseau de capteurs optiques à codage de modulation spectrale |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20120831 |