FR2888338A1 - OPTICAL PLOTTER SYSTEM, EMISSIVE DEVICE, DETECTION AND DETERMINATION DEVICE, AND CORRESPONDING METHODS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de traceur optique (100) prévu pour déterminer les coordonnées d'un objet dans un repère (O, X, Y, Z), ledit système de traceur optique (100) comprenant:-au moins un dispositif émissif (102) adapté à émettre, dans une direction donnée, au moins deux faisceaux lumineux de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique lié à ladite direction;-au moins un dispositif de détection (114, 116) capable de déterminer chacun desdits faisceaux lumineux émis;-chaque dispositif émissif (102) étant fixé audit objet ou fixe dans ledit repère et chaque dispositif de détection (114, 116) étant respectivement fixe dans ledit repère ou fixé audit objet; et-une unité de traitement (110) connectée audit ou à chaque dispositif de détection (114, 116) et adaptée à déterminer les coordonnées dudit objet dans le repère en fonction desdits au moins deux faisceaux lumineux ainsi détectés par ledit ou chaque dispositif de détection (114, 116) et la connaissance dudit code optique;le système de traceur optique (100) étant tel que le mot dudit code optique résulte d'un multiplexage desdits au moins deux faisceaux lumineux.L'invention propose également un dispositif émissif, un dispositif de détection et de détermination et les procédés correspondants.The invention relates to an optical tracer system (100) for determining the coordinates of an object in a coordinate system (O, X, Y, Z), said optical tracer system (100) comprising: at least one emitting device (102) adapted to emit, in a given direction, at least two light beams so that said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code related to said direction; -at least one detection device (114, 116) capable of determining each of said transmitted light beams; -each emitting device (102) being fixed to said object or fixed in said mark and each detecting device (114, 116) being respectively fixed in said mark or attached to said object; and a processing unit (110) connected to said or each detection device (114, 116) and adapted to determine the coordinates of said object in the frame according to said at least two light beams thus detected by said or each detection device (114, 116) and knowledge of said optical code, the optical tracer system (100) being such that the word of said optical code results from a multiplexing of said at least two light beams.The invention also proposes an emitting device, a detection and determination device and the corresponding methods.
Description
L'invention concerne un système de traceur optique et un dispositifThe invention relates to an optical tracer system and a device
émissif pour un tel système de traceur optique. L'invention concerne aussi un procédé de détermination des coordonnées d'un dispositif émissif d'un tel système de traceur optique et un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Elle emissive for such an optical tracer system. The invention also relates to a method for determining the coordinates of an emitting device of such an optical tracer system and a computer program for implementing such a method. She
trouve application, par exemple, dans le domaine de la réalité virtuelle ou de la réalité augmentée. finds application, for example, in the field of virtual reality or augmented reality.
La réalité virtuelle est un moyen pour l'humain de visualiser, de manipuler et d'interagir avec des données complexes à l'aide d'un ordinateur, par une immersion complète dans un monde virtuel. Ces données permettent de modifier l'environnement virtuel en fonction des mouvements et déplacements réels (selon six degrés de liberté) de l'utilisateur, de façon à recréer les conditions de vision, dans l'environnement virtuel, associées à ces mouvements et aux déplacements, les six degrés de liberté étant trois translations selon trois axes d'un repère orthogonal et trois rotations autour de ces mêmes axes. Virtual reality is a way for humans to visualize, manipulate and interact with complex data using a computer, by immersing themselves in a virtual world. These data make it possible to modify the virtual environment according to the real movements and displacements (according to six degrees of freedom) of the user, so as to recreate the conditions of vision, in the virtual environment, associated with these movements and displacements. , the six degrees of freedom being three translations along three axes of an orthogonal reference and three rotations around these same axes.
Dans la réalité augmentée, la notion d'immersion est moindre car il s'agit d'obtenir une vision de l'environnement virtuel superposé à l'environnement réel; ledit environnement virtuel est un complément, un enrichissement de l'environnement réel. In augmented reality, the notion of immersion is less because it is a question of obtaining a vision of the virtual environment superimposed on the real environment; said virtual environment is a complement, an enrichment of the real environment.
La mise en application de ces deux principes nécessite la mise en place de capteurs de position ("position sensor", "position tracking device") qui permettent l'intégration des données relatives aux mouvements des capteurs. Ainsi, tout déplacement d'un capteur implique une modification de l'environnement virtuel. The implementation of these two principles requires the implementation of position sensors ("position sensor", "position tracking device") that allow the integration of data relating to sensor movements. Thus, any displacement of a sensor implies a modification of the virtual environment.
Pour visualiser cet environnement virtuel, il existe des casques de visualisation qui comportent une visière où se trouve logé un dispositif d'affichage et qui sont munis de capteurs de position. La modification de l'environnement virtuel implique alors une modification de l'affichage sur le dispositif d'affichage de la visière en relation avec l'application logiciel de l'ordinateur. L'utilisateur peut modifier et interagir avec l'environnement virtuel à l'aide d'un périphérique externe (gant, souris,...) qui est lui aussi muni d'un ou de plusieurs capteurs. To visualize this virtual environment, there are viewing helmets which comprise a visor where a display device is housed and which are provided with position sensors. The modification of the virtual environment then involves a modification of the display on the visor display device in connection with the software application of the computer. The user can modify and interact with the virtual environment using an external device (glove, mouse, ...) which is also provided with one or more sensors.
Les systèmes de détermination de la position utilisent différentes technologies. Position determination systems use different technologies.
II existe des systèmes ultrasoniques qui déterminent la position et l'inclinaison d'un objet mobile à l'aide d'un champ basse fréquence généré à partir d'un émetteur muni d'une source d'émission. Le principal défaut de ce type de capteur est la grande sensibilité du champ émis aux objets environnants et en particulier aux objets métalliques. There are ultrasonic systems that determine the position and inclination of a moving object using a low frequency field generated from a transmitter with a source of emission. The main defect of this type of sensor is the great sensitivity of the emitted field to surrounding objects and in particular to metal objects.
Il existe des systèmes inertiels qui sont basés sur des capteurs de pression ou capacitifs permettant de déduire un mouvement en position relative liée à un calibrage initial précis grâce aux actions de l'utilisateur sur les capteurs. La problématique de cette solution est principalement une augmentation de l'erreur dynamique dans le temps ce qui nécessite un re-calibrage fréquent du système. L'erreur dynamique est due à l'instabilité des capteurs qui délivrent des informations de déplacement même en cas d'absence de déplacement. There are inertial systems that are based on pressure or capacitive sensors to derive a relative position motion related to a specific initial calibration through the actions of the user on the sensors. The problem of this solution is mainly an increase in the dynamic error over time which requires frequent recalibration of the system. The dynamic error is due to the instability of the sensors that deliver displacement information even in the absence of displacement.
Il existe aussi des systèmes optiques, constitués: - soit de marqueurs réfléchissants fixés sur un utilisateur et éclairés par des diodes électroluminescentes infrarouges, les positions de ces capteurs étant lues par au moins une caméra et desquelles sont déduits les mouvements de l'utilisateur; - soit de marqueurs constitués de diodes électroluminescentes infrarouges fixées sur un utilisateur dont les positions sont lues par au moins une caméra et desquelles sont déduits les mouvements de l'utilisateur. There are also optical systems, consisting of: either reflective markers fixed on a user and illuminated by infrared light-emitting diodes, the positions of these sensors being read by at least one camera and from which the movements of the user are deduced; - Or markers consisting of infrared light emitting diodes attached to a user whose positions are read by at least one camera and which are deducted the movements of the user.
Un ordinateur met en corrélation les images délivrées par la ou chaque caméra du système et, à partir de ces différentes images 2D, l'ordinateur détermine la position en 3D des différents marqueurs. Il est alors nécessaire d'avoir des outils de traitement complexes pour pouvoir réaliser la corrélation en temps réels entre les images 2D obtenues et les positions 3D de l'utilisateur tout en répondant aux besoins de temps de réponse court. A computer correlates the images delivered by the or each camera of the system and, from these different 2D images, the computer determines the 3D position of the different markers. It is then necessary to have complex processing tools to be able to perform the correlation in real time between the 2D images obtained and the 3D positions of the user while meeting the needs of short response time.
On connaît aussi la demande de brevet US-A-2003/0002033 qui divulgue un système de traceur optique dans un environnement tridimensionnel qui comprend: - un dispositif émissif mobile émettant au moins un faisceau lumineux à travers un filtre réalisant un profil radialement symétrique ou non symétrique; -au moins trois dispositifs de détection capables de détecter les caractéristiques des faisceaux ainsi émis; et - une unité de traitement connectée aux dispositifs de détection et adaptée à déterminer les différentes coordonnées spatiales du dispositif émissif en fonction des caractéristiques des faisceaux reçus. Also known is the patent application US-A-2003/0002033 which discloses an optical tracer system in a three-dimensional environment which comprises: a mobile emitting device emitting at least one light beam through a filter producing a radially symmetrical profile or not symmetrical; at least three detection devices capable of detecting the characteristics of the beams thus emitted; and a processing unit connected to the detection devices and adapted to determine the different spatial coordinates of the emitting device according to the characteristics of the beams received.
Un objet de la présente invention est de proposer un système de traceur optique qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur. An object of the present invention is to provide an optical tracer system which does not have the drawbacks of the prior art.
A cet effet, est proposé un système de traceur optique prévu pour déterminer les coordonnées d'un objet dans un repère, ledit système de traceur optique comprenant: -au moins un dispositif émissif adapté à émettre, dans une direction donnée, au moins deux faisceaux lumineux de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique lié à ladite direction; -au moins un dispositif de détection capable de déterminer chacun desdits faisceaux lumineux émis; -chaque dispositif émissif étant fixé audit objet ou fixe dans ledit repère et chaque dispositif de détection étant respectivement fixe dans ledit repère ou fixé audit objet; et -une unité de traitement connectée audit ou à chaque dispositif de détection et adaptée à déterminer les coordonnées dudit objet dans le repère en fonction desdits au moins deux faisceaux lumineux ainsi détectés par ledit ou chaque dispositif de détection et la connaissance dudit code optique. For this purpose, there is provided an optical tracer system provided for determining the coordinates of an object in a marker, said optical tracer system comprising: at least one emissive device adapted to emit, in a given direction, at least two beams illuminated so that said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code related to said direction; at least one detection device capable of determining each of said emitted light beams; each emissive device being fixed to said object or fixed in said mark and each detection device being respectively fixed in said mark or fixed to said object; and a processing unit connected to said one or each detection device and adapted to determine the coordinates of said object in the marker according to said at least two light beams thus detected by said or each detection device and knowledge of said optical code.
Le système de traceur optique est tel que le mot dudit code optique résulte d'un 15 multiplexage desdits au moins deux faisceaux lumineux, permettant une détermination précise des coordonnées. The optical tracer system is such that the word of said optical code results from a multiplexing of said at least two light beams, allowing precise determination of coordinates.
Selon un mode de réalisation particulier, le multiplexage est un multiplexage en longueur d'onde. According to a particular embodiment, the multiplexing is a wavelength division multiplexing.
Selon un mode de réalisation particulier, le multiplexage est un multiplexage 20 temporel. According to a particular embodiment, the multiplexing is a time multiplexing.
Selon un mode de réalisation particulier, lorsque le multiplexage est un multiplexage en longueur d'onde, le code optique est généré par une pluralité de générateurs de faisceau lumineux, chaque faisceau lumineux étant constitué d'une longueur d'onde différente des longueurs d'ondes des autres faisceaux lumineux, et une pluralité de masques, chaque masque recevant le faisceau lumineux émis par l'un des générateurs de faisceau lumineux et comprenant respectivement au moins une zone transparente audit faisceau ainsi reçu et au moins une zone opaque audit faisceau ainsi reçu. According to a particular embodiment, when the multiplexing is a wavelength division multiplexing, the optical code is generated by a plurality of light beam generators, each light beam consisting of a wavelength different from the wavelengths. waves of the other light beams, and a plurality of masks, each mask receiving the light beam emitted by one of the light beam generators and comprising respectively at least one zone transparent to said beam received and at least one opaque zone to said beam received .
Selon un mode de réalisation particulier, lorsque le multiplexage est un multiplexage temporel, le code optique est généré par un générateur de faisceau lumineux, le faisceau lumineux étant constitué d'une longueur d'onde, et un masque recevant le faisceau lumineux et comprenant respectivement au moins une zone transparente audit faisceau et au moins une zone opaque audit faisceau et les géométries des zones transparentes et opaques varient au cours du temps. According to a particular embodiment, when the multiplexing is a time division multiplexing, the optical code is generated by a light beam generator, the light beam consisting of a wavelength, and a mask receiving the light beam and comprising respectively at least one zone transparent to said beam and at least one opaque zone to said beam and the geometries of the transparent and opaque zones vary over time.
Selon un mode de réalisation particulier, lorsque le multiplexage est un multiplexage en longueur d'onde, le code optique est généré par une pluralité de générateurs de faisceau lumineux disposés en bandes pouvant être respectivement allumées ou éteintes. According to a particular embodiment, when the multiplexing is a wavelength multiplexing, the optical code is generated by a plurality of light beam generators arranged in bands that can be respectively on or off.
Selon un mode de réalisation particulier, les longueurs d'ondes des faisceaux lumineux émis par chaque bande sont différentes. According to a particular embodiment, the wavelengths of the light beams emitted by each band are different.
Selon un mode de réalisation particulier, la position et/ou le nombre de bandes allumées ou éteintes varient au cours du temps. According to a particular embodiment, the position and / or the number of bands on or off vary over time.
Selon un mode de réalisation particulier, lorsque le multiplexage est un multiplexage temporel, le code optique est généré par une pluralité de générateurs de faisceau lumineux qui sont successivement allumés et éteints, l'ensemble des faisceaux étant constitué d'une même longueur d'onde, et une pluralité de masques, chaque masque recevant le faisceau lumineux émis par l'un des générateurs de faisceau lumineux et comprenant respectivement au moins une zone transparente audit faisceau ainsi reçu et au moins une zone opaque audit faisceau ainsi reçu. According to a particular embodiment, when the multiplexing is a time multiplexing, the optical code is generated by a plurality of light beam generators which are successively switched on and off, the set of beams consisting of the same wavelength , and a plurality of masks, each mask receiving the light beam emitted by one of the light beam generators and comprising respectively at least one transparent zone to said beam thus received and at least one opaque zone to said beam thus received.
Selon un mode de réalisation particulier, la géométrie de chaque masque est différente de la géométrie des autres masques. According to a particular embodiment, the geometry of each mask is different from the geometry of the other masks.
L'invention propose aussi un dispositif émissif pour système de traceur optique, le dispositif émissif étant adapté à émettre, dans une direction donnée, au moins deux faisceaux lumineux de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique représentatif de ladite direction et qui résulte d'un multiplexage desdits au moins deux faisceaux lumineux. The invention also proposes an emitting device for optical tracer system, the emitting device being adapted to emit, in a given direction, at least two light beams so that said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code representative of said direction and which results from a multiplexing of said at least two light beams.
Selon un mode de réalisation particulier, le code optique est généré par une pluralité de générateurs de faisceau lumineux et une pluralité de masques, chaque masque recevant le faisceau lumineux émis par l'un des générateurs de faisceau lumineux et comprenant respectivement au moins une zone transparente audit faisceau ainsi reçu et au moins une zone opaque audit faisceau ainsi reçu. According to a particular embodiment, the optical code is generated by a plurality of light beam generators and a plurality of masks, each mask receiving the light beam emitted by one of the light beam generators and comprising respectively at least one transparent zone. beam thus received and at least one opaque zone to said beam thus received.
Avantageusement, chaque faisceau lumineux est constitué d'une longueur d'onde différente des longueurs d'ondes des autres faisceaux lumineux. Advantageously, each light beam consists of a wavelength different from the wavelengths of the other light beams.
Selon un mode de réalisation particulier, le code optique est généré par un générateur de faisceau lumineux, le faisceau lumineux étant constitué d'une longueur d'onde, et un masque recevant le faisceau lumineux et comprenant respectivement au moins une zone transparente audit faisceau et au moins une zone opaque audit faisceau. According to a particular embodiment, the optical code is generated by a light beam generator, the light beam consisting of a wavelength, and a mask receiving the light beam and comprising respectively at least one zone transparent to said beam and at least one opaque zone to said beam.
Avantageusement, les géométries des zones transparentes et opaques varient au cours du temps. Advantageously, the geometries of the transparent and opaque zones vary over time.
Selon un mode de réalisation particulier, le code optique est généré par une pluralité de générateurs de faisceau lumineux disposés en bandes pouvant être respectivement allumées ou éteintes. According to a particular embodiment, the optical code is generated by a plurality of light beam generators arranged in bands that can be respectively on or off.
Avantageusement, la position et/ou le nombre de bandes allumées ou éteintes varient au cours du temps. Advantageously, the position and / or the number of bands on or off vary over time.
Selon un mode de réalisation particulier, le code optique est généré par une pluralité de générateurs de faisceau lumineux qui sont successivement allumés et éteints, l'ensemble des faisceaux étant constitué d'une même longueur d'onde, et une pluralité de masques, chaque masque recevant le faisceau lumineux émis par l'un des générateurs de faisceau lumineux et comprenant respectivement au moins une zone transparente audit faisceau ainsi reçu et au moins une zone opaque audit faisceau ainsi reçu. According to a particular embodiment, the optical code is generated by a plurality of light beam generators which are successively switched on and off, the set of beams consisting of the same wavelength, and a plurality of masks, each mask receiving the light beam emitted by one of the light beam generators and comprising respectively at least one transparent zone to said beam thus received and at least one opaque zone to said beam thus received.
L'invention propose aussi un procédé d'émission de faisceaux lumineux dans une direction donnée, le procédé comprenant une étape de multiplexage d'au moins deux faisceaux lumineux de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique représentatif de ladite direction et une étape d'émission des faisceaux lumineux ainsi multiplexés. The invention also proposes a method for emitting light beams in a given direction, the method comprising a step of multiplexing at least two light beams so that said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code representative of said direction and a step of emission of the light beams thus multiplexed.
L'invention propose aussi un dispositif de détection et de détermination capable, d'une part, de déterminer les valeurs des longueurs d'ondes d'au moins deux faisceaux lumineux émis par un dispositif émissif dans une direction donnée, et multiplexés de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique représentatif de ladite direction, et, d'autre part, de déterminer les coordonnées dudit dispositif émissif en fonction de la connaissance desdites longueurs d'ondes déterminées et de la connaissance dudit code optique. The invention also proposes a detection and determination device capable, on the one hand, of determining the values of the wavelengths of at least two light beams emitted by an emitting device in a given direction, and multiplexed in such a way as to said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code representative of said direction, and secondly, determining the coordinates of said emitting device according to the knowledge of said wavelengths. determined and knowledge of said optical code.
L'invention propose aussi un procédé de détection et de détermination comprenant: -une étape de réception d'au moins deux faisceaux lumineux émis par un dispositif émissif dans une direction donnée, et multiplexés de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique représentatif de ladite direction -une étape d'analyse des faisceaux lumineux ainsi reçus, -une étape de détermination des valeurs des longueurs d'ondes desdits faisceaux lumineux, -une étape de détermination des coordonnées dudit dispositif émissif en fonction de la connaissance desdites longueurs d'ondes déterminées et de la connaissance dudit 5 code optique. The invention also proposes a method of detection and determination comprising: a step of receiving at least two light beams emitted by an emitting device in a given direction, and multiplexed so that said at least two light beams form in said direction, a word of an optical code representative of said direction -a step of analyzing the light beams thus received, -a step of determining the wavelength values of said light beams, -a step of determining the coordinates of said emissive device according to the knowledge of said determined wavelengths and knowledge of said optical code.
L'invention propose aussi un programme d'ordinateur comprenant les instructions nécessaires à la mise en oeuvre du procédé d'émission précédent. The invention also proposes a computer program comprising the instructions necessary for carrying out the preceding transmission method.
L'invention propose aussi un programme d'ordinateur comprenant les instructions nécessaires à la mise en oeuvre du procédé de détection et de détermination précédent. The invention also proposes a computer program comprising the instructions necessary for carrying out the preceding detection and determination method.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 représente un système de traceur optique selon l'invention dans un environnement spatial; la Fig. 2 représente une vue schématique d'un système de traceur optique à deux longueurs d'ondes dont le dispositif émissif se déplace de manière rectiligne; la Fig. 3 représente une vue schématique d'un système de traceur optique à trois longueurs d'ondes dont le dispositif émissif se déplace de manière rectiligne; la Fig. 4a et la Fig. 4b représentent des exemples de masques pour un système de traceur optique; la Fig. 4c représente un dispositif émissif muni des masques des Figs. 4a et 4b et dont les coordonnées dans un plan peuvent être déterminées; la Fig. 5 représente un exemple de code résultant de l'utilisation d'un système de traceur optique comportant l'ensemble de masques des Figs. 4a et 4b; la Fig. 6 représente une vue schématique d'un système de traceur optique à huit longueurs d'ondes pour un dispositif émissif cylindrique; la Fig. 7a et la Fig. 7b représentent un ensemble de masques pour un système de 30 traceur optique à dispositif émissif cylindrique; la Fig. 8a et la Fig. 8b représentent un ensemble de masques pour un système de traceur optique dans un repère en coordonnées sphériques; la Fig. 9a, la Fig. 9b et la Fig.9c sont des représentations schématiques de masques pour un système de traceur optique dont le dispositif émissif peut effectuer des rotations quelconques sur lui-même; la Fig. 10 représente un mode de réalisation d'un dispositif de détection d'un système de traceur optique; la Fig. 11 représente un dispositif émissif d'un système de traceur optique selon l'invention; la Fig. 12 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif émissif d'un système de traceur optique; la Fig. 13 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif émissif d'un système de traceur optique; la Fig. 14 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif émissif d'un système de traceur optique; la Fig. 15 représente un algorithme de détermination de la position linéaire et/ou angulaire d'un dispositif émissif. The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of an exemplary embodiment, said description being made in connection with the attached drawings, among which: FIG. . 1 represents an optical tracer system according to the invention in a spatial environment; FIG. 2 is a schematic view of an optical tracer system with two wavelengths whose emitting device moves rectilinearly; FIG. 3 is a schematic view of a three-wavelength optical tracer system whose emitting device moves in a rectilinear manner; FIG. 4a and FIG. 4b are examples of masks for an optical tracer system; FIG. 4c represents an emissive device provided with the masks of FIGS. 4a and 4b and whose coordinates in a plane can be determined; FIG. 5 shows an exemplary code resulting from the use of an optical tracer system comprising the set of masks of FIGS. 4a and 4b; FIG. 6 is a schematic view of an eight-wavelength optical tracer system for a cylindrical emitting device; FIG. 7a and FIG. 7b show a set of masks for an optical tracer system with a cylindrical emissive device; FIG. 8a and FIG. 8b show a set of masks for an optical tracer system in a spherical coordinate system; FIG. 9a, FIG. 9b and 9c are schematic representations of masks for an optical tracer system whose emitting device can perform any rotations on itself; FIG. 10 shows an embodiment of a detection device of an optical tracer system; FIG. 11 represents an emitting device of an optical tracer system according to the invention; FIG. 12 shows another embodiment of an emitting device of an optical tracer system; FIG. 13 shows another embodiment of an emitting device of an optical tracer system; FIG. 14 shows another embodiment of an emitting device of an optical tracer system; FIG. 15 represents an algorithm for determining the linear and / or angular position of an emitting device.
Dans la suite de la description, un faisceau lumineux sera dit à une longueur d'onde ?. si la lumière de ce faisceau a une largeur spectrale centrée sur cette longueur d'onde 2 et deux faisceaux lumineux seront dits à longueurs d'ondes différentes si leur largeurs spectrales ne se recouvrent pas. In the following description, a light beam will be said at a wavelength. if the light of this beam has a spectral width centered on this wavelength 2 and two light beams will be said to have different wavelengths if their spectral widths do not overlap.
Dans la suite de la description, le système de traceur optique est plus précisément décrit dans le cas d'une détermination des coordonnées d'un ou plusieurs systèmes émissifs mais l'invention s'applique de la même manière lorsque le ou chaque système émissif est fixé à un objet. Le système de traceur optique permet alors la détermination des coordonnées dudit objet. In the remainder of the description, the optical tracer system is more precisely described in the case of a determination of the coordinates of one or more emitting systems, but the invention applies in the same way when the or each emitting system is attached to an object. The optical tracer system then makes it possible to determine the coordinates of said object.
La Fig. 1 représente un système de traceur optique 100 comprenant un dispositif émissif 102, deux dispositifs de détection 114 et 116 ainsi qu'une unité de traitement 110, connectée aux dispositifs de détection 114 et 116. Fig. 1 represents an optical tracer system 100 comprising an emitting device 102, two detection devices 114 and 116 and a processing unit 110, connected to the detection devices 114 and 116.
Dans l'exemple de réalisation de la Fig. 1, les dispositifs de détection 114 et 116 ont été mis en place sur deux parois non coplanaires définissant un espace 108. Un repère orthonormé et fixe (O, X, Y, Z) est défini dans l'espace 108 de manière à ce que le plan XOZ soit parallèle à l'une des parois et que le plan YOZ soit parallèle à l'autre paroi. In the exemplary embodiment of FIG. 1, the detection devices 114 and 116 have been set up on two non-coplanar walls defining a space 108. An orthonormal fixed reference (O, X, Y, Z) is defined in the space 108 so that the XOZ plane is parallel to one of the walls and the YOZ plane is parallel to the other wall.
Dans le mode de réalisation de l'invention représenté à la Fig. 1, le dispositif émissif 102 est mobile dans le repère (O, X, Y, Z) tandis que les dispositifs de détection 114 et 116 sont fixes dans ce même repère. In the embodiment of the invention shown in FIG. 1, the emitting device 102 is movable in the reference (O, X, Y, Z) while the detection devices 114 and 116 are fixed in this same frame.
Les dispositifs de détection 114 et 116 sont par exemple constitués de capteurs CCD ("Couple Charge Device" en Anglais ou "Dispositif à Transfert de Charges" en Français), de barrettes CMOS linéaires photosensibles ("Complementary Metal Oxide Semi-conductor" en Anglais), de diodes PIN ou de diodes APD ("Avalanche Photo Diode" en Anglais ou "Photodiode à avalanche" en Français), auxquels est associée une unité de détection (non représentée) qui permet la détection d'une ou plusieurs longueurs d'ondes. Les dispositifs de détection peuvent être aussi constitués de spectromètres ou de lambda-mètres. Chaque dispositif de détection 114, 116 peut ainsi déterminer les valeurs de plusieurs longueurs d'ondes simultanément ou la valeur de chacune d'elles lors de séquences rapides. Par construction, les dispositifs de détection de longueur d'onde présentent une ouverture angulaire de détection qui est centrée autour d'une direction de détection principale qui est, de préférence, orientée parallèlement à l'un des axes du repère (O, X, Y, Z). Chaque dispositif de détection 114, 116 est ainsi capable de déterminer les faisceaux lumineux émis par chacun des dispositifs émissifs. The detection devices 114 and 116 consist, for example, of CCD sensors ("Charge Charge Device" in English or "Charge Transfer Device" in French), of photosensitive linear CMOS strips ("Complementary Metal Oxide Semi-conductor"). ), PIN diodes or diodes APD ("Avalanche Photo Diode" in English), with which is associated a detection unit (not shown) which allows the detection of one or more lengths of waves. The detection devices may also consist of spectrometers or lambda-meters. Each detection device 114, 116 can thus determine the values of several wavelengths simultaneously or the value of each of them during fast sequences. By construction, the wavelength detection devices have an angular detection aperture which is centered around a main detection direction which is preferably oriented parallel to one of the reference axes (O, X, Y, Z). Each detection device 114, 116 is thus capable of determining the light beams emitted by each of the emitting devices.
La Fig. 2 représente une vue schématique d'un système de traceur optique à deux longueurs d'ondes dont le dispositif émissif 102 se déplace de manière rectiligne. Fig. 2 is a schematic view of a two-wavelength optical tracer system whose emitting device 102 moves in a rectilinear manner.
Dans le mode de réalisation de la Fig. 2, le dispositif émissif 102 se déplace uniquement parallèlement à un axe X dans le plan XY et il est constitué ici de deux générateurs de faisceaux lumineux 201 et 202. Le générateur de faisceau lumineux 201 émet un faisceau à une longueur d'onde Xi et le générateur de faisceau lumineux 202 émet un faisceau à une longueur d'onde X2 différente de X. Le dispositif émissif 102 comprend aussi deux masques 206 et 208, le masque 206 recevant le faisceau à longueur d'onde ?i et le masque 208 recevant le faisceau à longueur d'onde X2. Chacun de ces masques est de préférence disposé parallèlement à l'axe X. Un seul dispositif de détection 212 a été disposé sur l'axe X de manière à 30 pouvoir capter les faisceaux lumineux issus du dispositif émissif 102 et à déterminer les valeurs des longueurs d'ondes reçues. In the embodiment of FIG. 2, the emitting device 102 moves only parallel to an axis X in the XY plane and it consists here of two light beam generators 201 and 202. The light beam generator 201 emits a beam at a wavelength λ 1 and the light beam generator 202 emits a beam at a wavelength λ 2 different from X. The emitting device 102 also comprises two masks 206 and 208, the mask 206 receiving the wavelength beam λ i and the mask 208 receiving the beam at wavelength X2. Each of these masks is preferably arranged parallel to the X axis. A single detection device 212 has been arranged on the X axis so as to be able to capture the light beams coming from the emitting device 102 and to determine the values of the lengths. received waves.
Chacun des masques 206, 208 a une géométrie différente de celle de l'autre masque. Each of the masks 206, 208 has a geometry different from that of the other mask.
Le masque 206 se divise en une zone 206a transparente pour la longueur d'onde et une zone 206b opaque pour la longueur d'onde k l. The mask 206 is divided into a zone 206a transparent for the wavelength and an area 206b opaque for the wavelength k l.
Le masque 208 se divise en une zone 208b transparente pour la longueur d'onde X2 et deux zones 208a et 208c opaques pour la longueur d'onde X2. The mask 208 is divided into a transparent zone 208b for the wavelength X2 and two zones 208a and 208c opaque for the wavelength X2.
Chacune des zones transparentes et opaques s'étend orthogonalement au plan XY. Each of the transparent and opaque areas extends orthogonally to the XY plane.
Pour faciliter la compréhension de l'invention, on considère ici que les masques 206, 208 ont la même surface. La zone transparente 206a et la zone opaque 206b du masque 206 ont également la même surface, c'est-à- dire que chacune d'elles a une l0 surface égale à la moitié de la surface du masque 206. Le masque 208 est constitué de la première zone opaque 208a, de la zone transparente 208b puis de la deuxième zone opaque 208c. La surface de la zone transparente 208b est égale à la somme des surfaces des deux zones opaques 208a et 208c, c'est-à-dire que chaque zone opaque 208a, 208c a une surface égale au quart de la surface du masque 208 et que la surface de la zone transparente 208b est égale à la moitié de la surface du masque 208. To facilitate the understanding of the invention, it is considered here that the masks 206, 208 have the same surface. The transparent zone 206a and the opaque zone 206b of the mask 206 also have the same surface, that is to say that each of them has a surface equal to half of the surface of the mask 206. The mask 208 is constituted of the first opaque zone 208a, the transparent zone 208b and the second opaque zone 208c. The area of the transparent area 208b is equal to the sum of the areas of the two opaque areas 208a and 208c, i.e., each opaque area 208a, 208c has an area equal to one quarter of the area of the mask 208 and that the surface of the transparent zone 208b is equal to half of the surface of the mask 208.
Les zones transparentes sont ainsi des zones d'émission des faisceaux lumineux correspondants et les zones opaques sont des zones de nonémission des faisceaux lumineux correspondants. The transparent zones are thus emission zones of the corresponding light beams and the opaque zones are non-emission zones of the corresponding light beams.
Cette configuration permet de créer un code 210 à quatre "mots" 210a, 210b, 210c et 210d, chacun étant constitué de la superposition des faisceaux émis par les générateurs de faisceaux lumineux 201 et 202 après leur passage à travers les masques 206 et 208. Le code 210 est figé mais il se déplace en même temps que le dispositif émissif 102. Ainsi lorsque le dispositif émissif 102 se déplace, le dispositif de détection 212 voit successivement les quatre mots 210a, 210b, 210c et 210d du code 210 et l'unité de traitement peut déterminer la position absolue du dispositif émissif 102 par rapport au dispositif de détection 212 en fonction du mot reçu par celui-ci. This configuration makes it possible to create a code 210 with four "words" 210a, 210b, 210c and 210d, each consisting of the superposition of the beams emitted by the light beam generators 201 and 202 after they pass through the masks 206 and 208. The code 210 is fixed but it moves at the same time as the emitting device 102. Thus when the emitting device 102 moves, the detection device 212 successively sees the four words 210a, 210b, 210c and 210d of the code 210 and the processing unit can determine the absolute position of the emitting device 102 relative to the detection device 212 as a function of the word received by it.
Le premier mot 210a est représentatif de la réception par le dispositif de détection 212 du faisceau à longueur d'onde XI à travers la zone transparente 206a et d'aucun faisceau à travers le masque 208 puisque le faisceau à longueur d'onde X2 est arrêté par la zone opaque 208a. Le premier mot 210a peut être ainsi représenté par le code binaire "10". The first word 210a is representative of the reception by the detection device 212 of the wavelength beam XI through the transparent zone 206a and of no beam through the mask 208 since the wavelength beam X2 is stopped. by the opaque zone 208a. The first word 210a can thus be represented by the binary code "10".
Le deuxième mot 210b est représentatif de la réception par le dispositif de détection 212 du faisceau à longueur d'onde X, à travers la zone transparente 206a et du faisceau à longueur d'onde X2 à travers la zone transparente 208b. Le deuxième mot 210b peut être ainsi représenté par "11". The second word 210b is representative of the reception by the detection device 212 of the wavelength beam X, through the transparent zone 206a and the wavelength beam X2 through the transparent zone 208b. The second word 210b can thus be represented by "11".
Le troisième mot 210c est représentatif de la réception par le dispositif de détection 212 du faisceau à longueur d'onde 2,2 à travers la zone transparente 208b et d'aucun faisceau à travers le masque 206 puisque le faisceau à longueur d'onde X, est arrêté par la zone opaque 206b. Le troisième mot 210c peut être ainsi représenté par "01 Le quatrième mot 210d est représentatif de la réception par le dispositif de détection 212 d'aucun faisceau à travers le masque 206 puisque le faisceau à longueur d'onde XI est arrêté par la zone opaque 206b et d'aucun faisceau à travers le masque 208 puisque le faisceau à longueur d'onde X2 est arrêté par la zone opaque 208c. Le quatrième mot 210d peut être ainsi représenté par "00". The third word 210c is representative of the reception by the detection device 212 of the wavelength beam 2.2 through the transparent zone 208b and of no beam through the mask 206 since the beam with wavelength X , is stopped by the opaque zone 206b. The third word 210c can thus be represented by "01 The fourth word 210d is representative of the reception by the detection device 212 of no beam through the mask 206 since the beam at wavelength XI is stopped by the opaque zone 206b and no beam through the mask 208 since the wavelength beam X2 is stopped by the opaque zone 208c The fourth word 210d can thus be represented by "00".
Les faisceaux lumineux issus du dispositif émissif 102 sont ainsi multiplexés en longueurs d'ondes. En effet, chaque composante de chaque mot 210a, 210b, 210c, 210d représente l'état (émission ou non-émission) de l'un des faisceaux lumineux issu du dispositif émissif 102. The light beams emanating from the emitting device 102 are thus multiplexed into wavelengths. Indeed, each component of each word 210a, 210b, 210c, 210d represents the state (emission or non-emission) of one of the light beams coming from the emitting device 102.
Les quatre mots 210a, 210b, 210c, 210d déterminent ainsi quatre directions dans lesquelles le dispositif émissif 102 émet, pour chacune, deux faisceaux lumineux multiplexés. Chaque mot 210a, 210b, 210c, 210d du code 210 est alors lié à une direction particulière. The four words 210a, 210b, 210c, 210d thus determine four directions in which the emitting device 102 emits, for each, two multiplexed light beams. Each word 210a, 210b, 210c, 210d of the code 210 is then linked to a particular direction.
D'une manière générale, si le dispositif de détection de numéro i est éclairé (respectivement non éclairé) par le dispositif d'émission (zone d'émission i; respectivement zone de non-émission i) sur une longueur d'onde X1, alors le bit de sortie b, du le dispositif de détection vaut 1 (respectivement 0). Pour un nombre de longueurs d'ondes de Ni, le nombre de mots différents possibles pour le code optique est de 2''' De préférence, les codes optiques générés sont des codes dits de Gray, c'està-dire que le passage d'un mot du code au mot suivant lors du déplacement linéaire et/ou angulaire d'un dispositif émissif entraîne la modification d'un seul bit, réduisant ainsi les possibilités d'erreurs lors des mesures. A chaque mot de Gray du code correspond Ar,-1 un mot binaire à Ni bits "b;" dont le rang s'écrit: x 2' . En outre, les codes de =o Gray ainsi définis ont une structure cyclique particulièrement intéressante dans le cas de géométrie circulaire ou sphérique. In general, if the number detection device i is illuminated (respectively unlit) by the transmission device (transmission zone i, respectively non-emission zone i) on a wavelength λ 1, then the output bit b, of the detection device is 1 (respectively 0). For a number of wavelengths of Ni, the number of possible different words for the optical code is 2%. Preferably, the optical codes generated are so-called Gray codes, that is to say that the passage of a word of the code at the next word during the linear and / or angular displacement of an emitting device causes the modification of a single bit, thereby reducing the possibilities of errors during measurements. With each word of Gray of the code corresponds Ar, -1 a binary word with Ni bits "b;" whose rank is written: x 2 '. In addition, the Gray = 0 codes thus defined have a cyclic structure that is particularly advantageous in the case of circular or spherical geometry.
Pour faciliter le traitement des données et éviter une redondance d'information, il est préférable que la dimension du dispositif de détection 212 dans la direction de l'axe X soit inférieure à la largeur de la zone transparente ou opaque la plus petite. Dans l'exemple de la Fig. 2, la largeur la plus petite est la largeur des zones opaques 208a, 208c. To facilitate data processing and to avoid redundancy of information, it is preferable that the dimension of the detection device 212 in the X-axis direction is smaller than the width of the smaller transparent or opaque zone. In the example of FIG. 2, the smallest width is the width of the opaque areas 208a, 208c.
En fait, chaque masque 206, 208 est décomposé en éléments élémentaires, dont chacun représente un bit. La taille de chaque élément élémentaire est ici celle des zones opaques du masque référencé 208 et elle est représentée par des pointillés. Les zones transparentes de chaque masque et la zone opaque du masque référencé 206 ont alors ici des tailles équivalentes à deux éléments élémentaires. In fact, each mask 206, 208 is broken down into elementary elements, each of which represents a bit. The size of each elementary element is here that of the opaque areas of mask referenced 208 and is represented by dashed lines. The transparent areas of each mask and the opaque zone of the mask referenced 206 then have here sizes equivalent to two elementary elements.
L'unité de traitement (non représentée dans ce mode de réalisation) connectée au dispositif de détection 212 détermine ainsi les coordonnées absolues et, en particulier, de la position linéaire absolue du dispositif émissif 102 à partir des valeurs de chacune des longueurs d'ondes reçues et de la connaissance du code 210. En effet, la détermination des longueurs d'ondes reçues permet de déterminer le mot reçu et donc la position du dispositif émissif 102. The processing unit (not shown in this embodiment) connected to the detection device 212 thus determines the absolute coordinates and, in particular, the absolute linear position of the emitting device 102 from the values of each of the wavelengths received and knowledge of the code 210. In fact, the determination of the wavelengths received makes it possible to determine the received word and therefore the position of the emitting device 102.
La Fig. 3 représente une vue schématique d'un système de traceur optique à trois longueurs d'ondes dont le dispositif émissif 102 se déplace de manière rectiligne parallèlement à un axe X dans un plan XY sur lequel a été disposé un dispositif de détection 312 de manière à pouvoir capter les faisceaux lumineux issus du dispositif émissif 102 et à en déterminer les valeurs des longueurs d'ondes. Fig. 3 is a schematic view of a three-wavelength optical tracer system whose emitting device 102 moves in a rectilinear manner parallel to an X axis in an XY plane on which a detection device 312 has been arranged so as to it is possible to pick up the light beams coming from the emitting device 102 and to determine the values of the wavelengths.
Le dispositif émissif 102 est ici constitué de trois générateurs de faisceaux lumineux 302a, 302b et 302e. Le générateur de faisceau lumineux 302a émet un faisceau à une longueur d'onde XI, le générateur de faisceau lumineux 302b émet un faisceau à une longueur d'onde X2 et le générateur de faisceau lumineux 302e émet un faisceau à une longueur d'onde X3. Les trois longueurs d'ondes XI, X2 et 2^,3 sont toutes différentes les unes des autres. Le dispositif émissif 102 comprend aussi trois masques 304a, 304b et 304c. Le masque 304a recevant le faisceau à longueur d'onde XI, le masque 304b recevant le faisceau à longueur d'onde X2 et le masque 304e recevant le faisceau à longueur d'onde X3. Chacun de ces masques est de préférence disposé parallèlement à l'axe X. Pour des raisons de clarté de la Fig. 3, les trois générateurs de faisceaux lumineux 302a, 302b et 302e ont été représentés avec des dimensions différentes et disposés au même point, mais ils sont de préférence de même taille et ils sont distribués le long de l'axe Z. Les trois cônes de diffusion 312a, 312b et 312c issus des trois générateurs de faisceaux lumineux respectivement 302a, 302b et 302c sont superposés. The emitting device 102 here consists of three light beam generators 302a, 302b and 302e. The light beam generator 302a emits a beam at a wavelength λ 1, the light beam generator 302 b emits a beam at a wavelength λ 2 and the light beam generator 30 2 e emits a beam at a wavelength λ 3 . The three wavelengths XI, X2 and 2 ^, 3 are all different from each other. The emissive device 102 also comprises three masks 304a, 304b and 304c. The mask 304a receiving the wavelength beam XI, the mask 304b receiving the wavelength beam X2 and the mask 304e receiving the wavelength beam X3. Each of these masks is preferably arranged parallel to the X axis. For the sake of clarity of FIG. 3, the three light beam generators 302a, 302b and 302e have been shown with different sizes and arranged at the same point, but they are preferably of the same size and are distributed along the Z axis. The three cones of diffusion 312a, 312b and 312c from the three light beam generators respectively 302a, 302b and 302c are superimposed.
Chacun des masques 304a, 304b, 304c a une géométrie différente de celle des autres masques. Each of the masks 304a, 304b, 304c has a different geometry than the other masks.
Un exemple de réalisation des masques 304a, 304b, 304c est donné à la Fig. 4a. Le masque 304a se divise en une zone 406b transparente pour la longueur d'onde XI et une zone 406a opaque pour la longueur d'onde XI. An exemplary embodiment of the masks 304a, 304b, 304c is given in FIG. 4a. The mask 304a divides into a transparent zone 406b for the wavelength XI and an opaque zone 406a for the wavelength XI.
Le masque 304b se divise en une zone 408b transparente pour la longueur d'onde X2 et deux zones 408a et 408c opaques pour la longueur d'onde X2. The mask 304b divides into a transparent area 408b for the wavelength λ2 and two opaque areas 408a and 408c for the wavelength λ2.
Le masque 304c se divise en deux zones 410b et 410d transparentes pour la longueur d'onde X3 et trois zones 410a, 410c et 410e opaques pour la longueur d'onde X3 Pour faciliter la compréhension de l'invention, les masques 304a, 304b, 304c ont la même surface. The mask 304c is divided into two transparent zones 410b and 410d for the wavelength X3 and three zones 410a, 410c and 410e opaque for the wavelength λ3. To facilitate the understanding of the invention, the masks 304a, 304b, 304c have the same surface.
La zone transparente 406b et la zone opaque 406a du masque 304a ont également la même surface c'est-à-dire que chacune d'elles a une surface égale à la moitié de la surface du masque 304a. The transparent zone 406b and the opaque zone 406a of the mask 304a also have the same surface, that is to say that each of them has a surface equal to half the surface of the mask 304a.
Le masque 304b est constitué de la première zone opaque 408a, de la zonetransparente 408b puis de la deuxième zone opaque 408c. La surface de la zone transparente 408b est égale à la somme des surfaces des deux zones opaques 408a et 408b, c'est-à-dire que chaque zone opaque 408a, 408b a une surface égale au quart de la surface du masque 304b et que la surface de la zone transparente 408b est égale à la moitié de la surface du masque 304b. The mask 304b consists of the first opaque zone 408a, the zonetransparent 408b and the second opaque zone 408c. The area of the transparent area 408b is equal to the sum of the areas of the two opaque areas 408a and 408b, i.e., each opaque area 408a, 408b has an area equal to one quarter of the area of the mask 304b and that the surface of the transparent zone 408b is equal to half of the surface of the mask 304b.
Le masque 304c est constitué de la première zone opaque 410a, de la première zone transparente 410b, de la deuxième zone opaque 410c, de la deuxième zone transparente 410d puis de la troisième zone opaque 410e. Les différentes zones sont réparties de manière symétrique sur le masque 304c. Ainsi, la surface de chaque zone transparente 410b, 410d et la surface de la zone opaque centrale 410c sont égales au quart de la surface du masque 304c et la surface de chaque zone opaque latérale 410a, 410e est égale au huitième de la surface du masque 304c. The mask 304c consists of the first opaque zone 410a, the first transparent zone 410b, the second opaque zone 410c, the second transparent zone 410d and the third opaque zone 410e. The different zones are distributed symmetrically on the mask 304c. Thus, the area of each transparent area 410b, 410d and the area of the central opaque area 410c is equal to a quarter of the area of the mask 304c and the area of each opaque side area 410a, 410e is one-eighth of the area of the mask 304c.
Les zones transparentes aux longueurs d'ondes sont ainsi des zones d'émission des faisceaux lumineux correspondants et les zones opaques aux longueurs d'ondes sont des zones de non-émission des faisceaux lumineux correspondants. The areas transparent to the wavelengths are thus emission zones of the corresponding light beams and the opaque zones at the wavelengths are zones of non-emission of the corresponding light beams.
Chacune des zones transparentes et opaques s'étend orthogonalement au plan XY. En fait, chaque masque est constitué d'éléments élémentaires dont chacun représente un bit. La taille de chaque élément élémentaire est ici la taille des zones les plus petites et chacun de ces éléments élémentaires est représenté par des pointillés. Each of the transparent and opaque areas extends orthogonally to the XY plane. In fact, each mask consists of elementary elements each of which represents a bit. The size of each elementary element is here the size of the smallest areas and each of these elementary elements is represented by dashed lines.
Les zones dont les dimensions sont supérieures à celles de ces éléments élémentaires sont, en fait, constituées d'une pluralité des ces éléments élémentaires. The areas whose dimensions are greater than those of these elementary elements are, in fact, made up of a plurality of these elementary elements.
L'unité de traitement (non représentée dans ce mode de réalisation) connectée au dispositif de détection 312 de la Fig. 4 détermine ainsi les coordonnées absolues et, en particulier, la position linéaire du dispositif émissif 102 à partir des valeurs de chacune des longueurs d'ondes reçues et de la connaissance du code 308. The processing unit (not shown in this embodiment) connected to the detection device 312 of FIG. 4 thus determines the absolute coordinates and, in particular, the linear position of the emitting device 102 from the values of each of the wavelengths received and the knowledge of the code 308.
Sur la Fig. 4, la ligne référencée 306a est une représentation binaire du masque 304a recevant le faisceau à longueur d'onde ki. La ligne référencée 306b est une représentation binaire du masque 304b recevant le faisceau à longueur d'onde X2. La ligne référencée 306c est une représentation binaire du masque 304c recevant le faisceau à longueur d'onde X3. In FIG. 4, the line referenced 306a is a binary representation of the mask 304a receiving the wavelength beam ki. The line referenced 306b is a binary representation of the mask 304b receiving the wavelength beam X2. The line referenced 306c is a binary representation of the mask 304c receiving the wavelength beam X3.
De la même manière que pour l'exemple de réalisation de la Fig. 2, la configuration de la Fig. 3 permet de créer un code 308 à huit mots 310a, 310b, 310e, 310d, 310e, 310f, 310g et 310h constitués de faisceaux lumineux résultant de la superposition des faisceaux émis par les générateurs de faisceaux lumineux 302a, 302b, 302e après leur passage à travers les masques 304a, 304b, 304e. Le code 308 est figé mais il se déplace en même temps que le dispositif émissif 102. Ainsi le dispositif de détection 312 reçoit toujours l'un des mots du code 308 et l'unité de traitement peut déterminer la position du dispositif émissif 102 par rapport au dispositif de détection 312 en fonction du mot reçu par celuici. Les mots sont ici représentés par un triplet d'éléments binaires, chaque élément étant représentatif du masquage ou non de la longueur d'onde considérée. In the same way as for the embodiment of FIG. 2, the configuration of FIG. 3 makes it possible to create a code 308 with eight words 310a, 310b, 310e, 310d, 310e, 310f, 310g and 310h constituted by light beams resulting from the superposition of the beams emitted by the light beam generators 302a, 302b, 302e after their passage through the masks 304a, 304b, 304e. The code 308 is fixed but it moves at the same time as the emitting device 102. Thus the detection device 312 always receives one of the words of the code 308 and the processing unit can determine the position of the emitting device 102 relative to to the detection device 312 as a function of the word received by it. The words are here represented by a triplet of bits, each element being representative of the masking or not of the wavelength considered.
Le mot référencé 310a, représenté par le triplet (0, 0, 0) montre que le détecteur 312 ne reçoit aucun faisceau lumineux des trois générateurs de faisceaux lumineux 302a, 302b, 302e. The word referenced 310a, represented by the triplet (0, 0, 0) shows that the detector 312 receives no light beam from the three light beam generators 302a, 302b, 302e.
Le mot référencé 310b, représenté par le triplet (0, 0, 1) montre que le détecteur 312 ne reçoit aucun faisceau lumineux des générateurs de faisceaux lumineux 302a et 302b et reçoit un faisceau lumineux du générateur de faisceau lumineux 302e. The word referenced 310b, represented by the triplet (0, 0, 1) shows that the detector 312 receives no light beam from the light beam generators 302a and 302b and receives a light beam from the light beam generator 302e.
Les faisceaux lumineux issus du dispositif émissif 102 sont ainsi multiplexés en longueurs d'ondes. En effet, chaque composante de chaque mot 310a, 310b,... 310h, représente l'état (émission ou non-émission) de l'un des faisceaux lumineux issu du dispositif émissif 102. The light beams emanating from the emitting device 102 are thus multiplexed into wavelengths. Indeed, each component of each word 310a, 310b, ... 310h, represents the state (emission or non-emission) of one of the light beams from the emitting device 102.
Chaque mot du code 308 détermine ainsi chacun une direction dans laquelle le dispositif émissif 102 émet trois faisceaux lumineux multiplexés. Chaque mot du code 308 est alors lié à une direction particulière. Each word of the code 308 thus each determines a direction in which the emitting device 102 emits three multiplexed light beams. Each word of the code 308 is then linked to a particular direction.
Soit "' la distance des générateurs de faisceaux lumineux 302a, 302b, 302c à leur masque 304a, 304b, 304c respectif. That is, the distance of the light beam generators 302a, 302b, 302c to their respective masks 304a, 304b, 304c.
Soit "F" la distance des masques 304a, 304b, 304c au plan XZ sur lequel sont disposés le ou les dispositifs de détection 312. Let "F" be the distance of the masks 304a, 304b, 304c to the XZ plane on which the detection device or devices 312 are located.
Soit " S2 " le demi angle de divergence de chaque générateur de faisceaux lumineux 302a, 302b, 302c Soit "Nk" le nombre de longueurs d'ondes émises (dans le mode de réalisation de la Fig. 3, N),=3) Soit "b;" le bit de sortie du dispositif de détection correspondant à la longueur d'onde 2. Let "S2" be the half divergence angle of each light beam generator 302a, 302b, 302c Let "Nk" be the number of wavelengths transmitted (in the embodiment of Fig. 3, N), = 3) Let "b;" the output bit of the detection device corresponding to the wavelength 2.
La longueur totale L couverte par les dispositifs d'émission sous un angle de 2S2 sur le plan des dispositifs de détection est donnée par: L=2x(F+f)xtg(S2). (1) Dans le cas où il y a Nk longueurs d'ondes, la longueur totale L est divisée en 2"' éléments élémentaires de longueur bX. En fait, le nombre d'éléments élémentaires correspond au nombre de mots possibles pour le code optique. The total length L covered by the emission devices at an angle of 2 S 2 in terms of the detection devices is given by: L = 2x (F + f) xtg (S2). (1) In the case where there are Nk wavelengths, the total length L is divided into 2 "elementary elements of length b X. In fact, the number of elementary elements corresponds to the number of possible words for the code. optical.
On a alors: 8X 2x(F+.f)xtg(Q) = (2) En positionnant l'origine de l'axe X au niveau du premier mot du code optique, la détection d'un mot de rang "j" par le dispositif de détection permet de déterminer la distance AX parcourue par le dispositif émissif à partir de la formule: LX= jxSX. We then have: 8X 2x (F + .f) xtg (Q) = (2) By positioning the origin of the X axis at the level of the first word of the optical code, the detection of a word of rank "j" by the detection device makes it possible to determine the distance AX traversed by the emissive device from the formula: LX = jxSX.
Dans le cas d'un code binaire à N), éléments, le rang j est donné par la formule: v, -1 j=lb,x2'. ,=o Ainsi la distance parcourue par le dispositif émissif s'écrit: OX _ 2x(F+ f)xtg(S2)x lb x2' . (3) 2 A' =0 Un exemple d'application numérique donne pour: f+F = 1000mm, S2 =45 , et Nk=8, 8X vaut 7,81 mm, ce qui correspond à la distance la plus petite qui puisse être détectée. L'incertitude de la mesure vaut 8X 2 Dans un exemple particulier où le code binaire s'écrit (0,1,0,0,1,0,0,0), le rang j vaut 72 et la distance AX vaut 562,5 mm. In the case of a binary code at N), elements, the rank j is given by the formula: v, -1 j = lb, x2 '. , = o Thus the distance traveled by the emissive device is written: OX _ 2x (F + f) xtg (S2) x lb x2 '. (3) 2 A '= 0 An example of a numerical application gives for: f + F = 1000mm, S2 = 45, and Nk = 8, 8X is 7.81 mm, which corresponds to the smallest distance that can to be detected. The uncertainty of the measurement is 8X 2 In a particular example where the binary code is written (0,1,0,0,1,1,0,0,0), the rank j is 72 and the distance AX is 562, 5 mm.
Dans la mesure où dans le premier intervalle aucun des détecteurs ne reçoit de faisceau lumineux, le code binaire équivalent est identique au code binaire lorsque le dispositif émissif est hors champ. Ainsi, la valeur maximale de la distance qui peut être détectée s'écrit AXA,( , avec OX u,r = L- 8X = 1992,19 mm. Since in the first interval none of the detectors receives a light beam, the equivalent binary code is identical to the binary code when the emitting device is out of the field. Thus, the maximum value of the distance that can be detected is AXA, (, with OX u, r = L-8X = 1992.19 mm.
Comme cela a été expliqué ci-dessus, la Fig. 4a représente un exemple de masques d'un premier type 304a, 304b, 304c. La Fig. 4b représente un exemple de masques d'un deuxième type 404a, 404b, 404c dont les zones transparentes et opaques ont subi une rotation de 90 par rapport à celles des masques du premier type de la Fig. 4a. As explained above, FIG. 4a shows an example of masks of a first type 304a, 304b, 304c. Fig. 4b shows an example of masks of a second type 404a, 404b, 404c whose transparent and opaque areas have been rotated by 90 relative to those of the masks of the first type of FIG. 4a.
Le masque 404a se divise en une zone 412b transparente pour la longueur d'onde X4 et une zone 412a opaque pour la longueur d'onde X4. The mask 404a is divided into a transparent area 412b for the wavelength X4 and an area 412a opaque for the wavelength X4.
Le masque 404b se divise en une zone 414b transparente pour la longueur d'onde X5 et deux zones 414a et 414c opaques pour la longueur d'onde X5. The mask 404b is divided into a transparent area 414b for the wavelength X5 and two areas 414a and 414c opaque for the wavelength X5.
Le masque 404c se divise en deux zones 416b et 416d transparentes pour la longueur d'onde X6 et trois zones 416a, 416c et 416e opaques pour la longueur d'onde X6. The mask 404c is divided into two transparent areas 416b and 416d for the wavelength X6 and three areas 416a, 416c and 416e opaque for the wavelength X6.
La Fig. 4c représente un dispositif émissif 102 comportant six générateurs de faisceaux lumineux aux différentes longueurs d'ondes 24, X2, ... X ainsi que les six masques 304a, 304b, 304c, 404a, 404b et 404c. Fig. 4c represents an emitting device 102 comprising six light beam generators at different wavelengths 24, X2, ... X and the six masks 304a, 304b, 304c, 404a, 404b and 404c.
Pour illustrer l'exemple de réalisation de l'invention, les masques sont disposés sur une même face du dispositif émissif 102 qui est supposé pouvoir se déplacer dans un plan XY parallèle à cette face. Un dispositif de détection est disposé à une certaine distance de la face selon l'axe Z de manière à recevoir les différents faisceaux lumineux. To illustrate the embodiment of the invention, the masks are arranged on the same face of the emitting device 102 which is supposed to be able to move in an XY plane parallel to this face. A detection device is arranged at a certain distance from the face along the axis Z so as to receive the different light beams.
Dans un exemple particulier de réalisation, les trois masques du premier type 304a, 304b et 304c sont disposés le long de l'axe X pour permettre la détermination de la position du dispositif émissif 102 le long de l'axe X. Les masques du deuxième type 404a, 404b et 404c sont disposés le long de l'axe Y pour permettre la détermination de la position du dispositif émissif 102 le long de l'axe Y. La Fig. 5 représente le code optique 502 généré par le dispositif émissif 102 de 5 la Fig. 4c. In a particular embodiment, the three masks of the first type 304a, 304b and 304c are arranged along the axis X to allow the determination of the position of the emitting device 102 along the axis X. The masks of the second Type 404a, 404b, and 404c are disposed along the Y axis to permit determination of the position of the emitting device 102 along the Y axis. FIG. 5 represents the optical code 502 generated by the emitting device 102 of FIG. 4c.
Chaque case 504 représente un mot du code 502 reçu par le dispositif de détection. Chaque mot du code 502 est constitué d'un sextuplé binaire dont les trois premiers chiffres représentent les faisceaux reçus des masques du premier type 304a, 304b et 304c et dont les trois derniers chiffres représentent les faisceaux reçus des masques du deuxième type 404a, 404b et 404c. Chaque mot étant unique, la lecture du mot par le dispositif de détection, c'est-à-dire la détermination des longueurs d'ondes reçues et la connaissance du code 502, permet de déterminer les coordonnées absolues du dispositif émissif 102. Each box 504 represents a word of the code 502 received by the detection device. Each word of the code 502 consists of a sextupled binary whose first three digits represent the beams received from the masks of the first type 304a, 304b and 304c and whose last three digits represent the beams received from the masks of the second type 404a, 404b and 404c. Each word being unique, the reading of the word by the detection device, that is to say the determination of the wavelengths received and the knowledge of the code 502, makes it possible to determine the absolute coordinates of the emitting device 102.
Le code 502 est figé mais il se déplace en même temps que le dispositif émissif 102. Ainsi lorsque le dispositif émissif 102 se déplace, le dispositif de détection voit les déplacements par lecture d'un mot puis d'un autre et l'unité de traitement peut déterminer la position du dispositif émissif 102 par rapport au dispositif de détection en fonction du mot reçu par celui-ci. The code 502 is fixed but it moves at the same time as the emitting device 102. Thus, when the emitting device 102 moves, the detection device sees the displacements by reading one word then another and the unit of processing can determine the position of the emitting device 102 relative to the detection device according to the word received by it.
Chaque mot du code 502 détermine ainsi chacun une direction dans laquelle le dispositif émissif 102 émet une pluralité de faisceaux lumineux multiplexés. Chaque mot du code 502 est alors lié à une direction particulière. Each word of the code 502 thus each determines a direction in which the emitting device 102 emits a plurality of multiplexed light beams. Each word of the code 502 is then linked to a particular direction.
La Fig. 6 représente une vue schématique d'un système de traceur optique à huit longueurs d'ondes 2 i, X2, ... 21.8 pour un dispositif émissif 102. Fig. 6 is a schematic view of an optical tracer system with eight wavelengths 2 i, X 2,... 21.8 for an emitting device 102.
Le dispositif émissif 102 peut se déplacer en translation le long d'un axe de déplacement 602 et en rotation autour de cet axe de déplacement 602. The emitting device 102 can move in translation along an axis of displacement 602 and in rotation about this axis of displacement 602.
Le dispositif émissif 102 est constitué de huit générateurs de faisceau lumineux. Chaque générateur de faisceau lumineux émet un faisceau à une longueur d'onde différente de celle des autres faisceaux. Chaque générateur de faisceau lumineux est disposé à l'intérieur d'un masque 606a, 606b, 606c, 606d, 608a, 608b, 608c, 608d de forme cylindrique dont l'axe est confondu avec l'axe de déplacement 602. The emitting device 102 consists of eight light beam generators. Each light beam generator emits a beam at a wavelength different from that of the other beams. Each light beam generator is disposed inside a mask 606a, 606b, 606c, 606d, 608a, 608b, 608c, 608d of cylindrical shape whose axis coincides with the axis of displacement 602.
Chacun des masques 606a, 606b, 606c, 606d, 608a, 608b, 608c, 608d a une géométrie différente de celle de l'autre masque. Each of the masks 606a, 606b, 606c, 606d, 608a, 608b, 608c, 608d has a geometry different from that of the other mask.
Un ou plusieurs dispositifs de détection 610a, 610b, 610c, 610d, 610e, 610f, 610g et 610h sont disposés à une certaine distance de l'axe de déplacement 602. Dans l'exemple de la Fig. 6, les dispositifs de détection sont disposés sur un axe 604 parallèle à l'axe de déplacement 602 mais toute autre répartition est possible. Par exemple, il est possible de distribuer les dispositifs de détection autour de l'axe de déplacement 602. One or more detection devices 610a, 610b, 610c, 610d, 610e, 610f, 610g and 610h are disposed at a distance from the axis of movement 602. In the example of FIG. 6, the detection devices are arranged on an axis 604 parallel to the axis of displacement 602 but any other distribution is possible. For example, it is possible to distribute the detection devices around the movement axis 602.
La position linéaire du dispositif émissif 102 le long de l'axe de déplacement 602 est déterminée par l'analyse des faisceaux lumineux reçus des masques du premier type 606a, 606b, 606c, 606d et la position angulaire du dispositif émissif 102 autour de l'axe de déplacement 602 est déterminée par l'analyse des faisceaux lumineux reçus des masques du deuxième type 608a, 608b, 608c, 608d. The linear position of the emitting device 102 along the axis of displacement 602 is determined by the analysis of the light beams received from the first type masks 606a, 606b, 606c, 606d and the angular position of the emitting device 102 around the displacement axis 602 is determined by analyzing the light beams received from the masks of the second type 608a, 608b, 608c, 608d.
Un exemple de réalisation de masques du premier type 606a, 606b, 606c, 606d est donné à la Fig. 7a. Un exemple de réalisation de masques du deuxième type 608a, 608b, 608c, 608d est donné à la Fig. 7b. An exemplary embodiment of masks of the first type 606a, 606b, 606c, 606d is given in FIG. 7a. An exemplary embodiment of masks of the second type 608a, 608b, 608c, 608d is given in FIG. 7b.
La Fig. 7a représente quatre exemples de masques du premier type 606a, 606b, 606c, 606d. Fig. 7a shows four examples of masks of the first type 606a, 606b, 606c, 606d.
Le masque 606a se divise en une zone 712a transparente pour la longueur d'onde XI et une zone 712b opaque pour la longueur d'onde X1. The mask 606a is divided into a transparent zone 712a for the wavelength XI and an area 712b that is opaque for the wavelength X1.
Le masque 606b se divise en une zone centrale 714a transparente pour la longueur d'onde X2 et deux zones latérales 714b opaques pour la longueur d'onde)l,2. The mask 606b splits into a transparent central zone 714a for the wavelength λ2 and two opaque lateral zones 714b for the wavelength λ1.2.
Le masque 606c se divise en deux zones latérales 716a transparentes pour la longueur d'onde a,3 et une zone centrale 716b opaque pour la longueur d'onde X3. The mask 606c splits into two transparent side regions 716a for the wavelength λ, and a central zone 716b opaque for the wavelength λ3.
Le masque 606d se divise en quatre zones 718a transparentes pour la longueur d'onde 24 et trois zones 718b opaques pour la longueur d'onde X4. The mask 606d is divided into four transparent zones 718a for the wavelength 24 and three opaque zones 718b for the wavelength X4.
Les zones transparentes et opaques des masques du premier type ont la forme de portion de cylindre. The transparent and opaque areas of the masks of the first type have the shape of a cylinder portion.
La Fig. 7b représente quatre exemples de masques du deuxième type 608a, 608b, 608c, 608d. Fig. 7b shows four examples of masks of the second type 608a, 608b, 608c, 608d.
Le masque 608a se divise en une zone 762a transparente pour la longueur d'onde X5 et une zone 762b opaque pour la longueur d'onde 15. The mask 608a splits into a transparent area 762a for the wavelength X5 and an area 762b that is opaque for the wavelength 15.
Le masque 608b se divise en une zone 764a transparente pour la longueur 30 d'onde X6 et une zone 764b opaque pour la longueur d'onde X6. The mask 608b splits into a transparent area 764a for the wavelength X6 and an area 764b opaque for the wavelength X6.
Le masque 608c se divise en deux zones 766a transparentes pour la longueur d'onde X7 et deux zones 766b opaques pour la longueur d'onde)7. The mask 608c is divided into two transparent zones 766a for the wavelength λ7 and two zones 766b opaque for the wavelength λ.
Le masque 608d se divise en quatre zones 768a transparentes pour la longueur d'onde 48 et quatre zones 768b opaques pour la longueur d'onde X8. Mask 608d is divided into four transparent areas 768a for wavelength 48 and four opaque areas 768b for wavelength λ8.
Les zones transparentes aux longueurs d'ondes sont ainsi des zones d'émission des faisceaux lumineux correspondants et les zones opaques aux longueurs d'ondes sont des zones de non-émission des faisceaux lumineux correspondants. The areas transparent to the wavelengths are thus emission zones of the corresponding light beams and the opaque zones at the wavelengths are zones of non-emission of the corresponding light beams.
Les zones transparentes et opaques des masques du deuxième type ont la forme d'arc de cylindre. The transparent and opaque areas of the masks of the second type have the shape of a cylinder arc.
Comme précédemment, les faisceaux lumineux issus du dispositif émissif 102 sont multiplexés en longueurs d'ondes. En effet, chaque composante de chaque mot du code représente l'état (émission ou non-émission) de l'un des faisceaux lumineux issu du dispositif émissif 102. As before, the light beams coming from the emitting device 102 are multiplexed into wavelengths. Indeed, each component of each code word represents the state (emission or non-emission) of one of the light beams from the emitting device 102.
1 0 Le code optique est représentatif des différentes combinaisons de position linéaires et angulaires pouvant être prises par le dispositif émissif 102. The optical code is representative of the various linear and angular position combinations that can be taken by the emitting device 102.
Le code est figé mais il se déplace en même temps que le dispositif émissif 102. Ainsi lorsque le dispositif émissif 102 se déplace, le dispositif de détection voit les déplacements par lecture d'un mot puis d'un autre et l'unité de traitement peut déterminer la position du dispositif émissif 102 par rapport au dispositif de détection en fonction du mot reçu par celui-ci. The code is fixed but it moves at the same time as the emitting device 102. Thus, when the emitting device 102 moves, the detection device sees the displacements by reading one word then another and the processing unit can determine the position of the emitting device 102 relative to the detection device according to the word received by it.
Dans le cas d'un déplacement linéaire selon l'axe Z, les formules (1), (2) et (3) précédentes restent valables. In the case of a linear displacement along the Z axis, formulas (1), (2) and (3) above remain valid.
Dans le cas d'un déplacement angulaire, l'angle de rotation 0 peut varier de 0 à 2fr. In the case of angular displacement, the angle of rotation 0 can vary from 0 to 2fr.
Dans le cas où il y a Nk longueurs d'ondes, l'angle de rotation total 2n est divisé en 2"' éléments élémentaires d'angle 80. En fait, le nombre d'éléments élémentaires correspond au nombre de mots possibles pour le code optique. In the case where there are Nk wavelengths, the total rotation angle 2n is divided into 2 "elementary elements of angle 80. In fact, the number of elementary elements corresponds to the number of possible words for the optical code.
On a alors: 882T =2. (4) En positionnant l'origine des angles au niveau du premier mot du code optique, la détection d'un mot de rang "j" par le dispositif de détection permet de déterminer l'angle A0 parcouru par le dispositif émissif à partir de la formule: O0.1 x 80 Dans le cas d'un code binaire à Nk éléments, le rang j est donné par la formule: N,-1 j=x2'. =o Ainsi l'angle parcouru par le dispositif émissif s'écrit: 27L N -t 48=É N xlb,x2'. (5) i=0 Un exemple d'application numérique donne pour: f+F = 1000mm, S2 =45 , et Nx=8, vaut 1,406 , ce qui correspond à l'angle le plus petit qui puisse être détecté. We then have: 882T = 2. (4) By positioning the origin of the angles at the first word of the optical code, the detection of a word of rank "j" by the detection device makes it possible to determine the angle A 0 traveled by the emitting device from the formula: O0.1 x 80 In the case of a binary code with Nk elements, the rank j is given by the formula: N, -1 j = x2 '. = o Thus the angle traveled by the emissive device is written: 27L N -t 48 = É N xlb, x2 '. (5) i = 0 An example of a numerical application gives for: f + F = 1000mm, S2 = 45, and Nx = 8, is 1.406, which corresponds to the smallest angle that can be detected.
L'incertitude de la mesure vaut 88 2 Dans un exemple particulier où le code binaire s'écrit (0,1,0,0,1,0,0,0), le rang j vaut 72 et l'angle 49 vaut 101,25 . The uncertainty of the measurement is 88 2 In a particular example where the binary code is written (0,1,0,0,1,1,0,0,0), the rank j is 72 and the angle 49 is 101 , 25.
La Fig. 8a et la Fig. 8b représentent un ensemble de masques pour un système de traceur optique dont le dispositif émissif se déplace dans un repère en coordonnées sphériques. Fig. 8a and FIG. 8b show a set of masks for an optical tracer system whose emitting device moves in a coordinate system in spherical coordinates.
Dans un repère en coordonnées sphériques (O, R, y, 0), la position d'un dispositif émissif par rapport à l'origine O du repère est donnée par sa distance R du point O, par l'angle y qui est l'angle de l'objet dans le plan XY et par l'angle 0 qui est l'angle d'élévation entre le plan XY et la droite reliant le point O au dispositif émissif. In a coordinate system in spherical coordinates (O, R, y, 0), the position of an emitting device with respect to the origin O of the reference is given by its distance R from the point O, by the angle y which is the angle of the object in the plane XY and angle 0 which is the elevation angle between the XY plane and the line connecting the point O to the emitting device.
La Fig. 8a représente quatre masques 802a, 802b, 802c, 802d qui permettent la détermination de l'angle y. Un dispositif émissif dont on désirerait connaître le déplacement angulaire selon l'angle y, comporterait un ou plusieurs des masques 802a, 802b, 802e, 802d. Ces masques ont ici la forme de sphères comprenant au moins une zone d'émission d'un faisceau lumineux à une longueur d'onde et au moins une zone de non-émission de ce faisceau lumineux. Dans un exemple de réalisation, chaque masque comprend un générateur de faisceau lumineux à une longueur d'onde X, chaque longueur d'onde étant de préférence différente des autres. Fig. 8a shows four masks 802a, 802b, 802c, 802d which allow the determination of the angle y. An emissive device which would be desired to know the angular displacement at the angle y, include one or more of the masks 802a, 802b, 802e, 802d. These masks here have the shape of spheres comprising at least one emission zone of a light beam at a wavelength and at least one non-emission zone of this light beam. In an exemplary embodiment, each mask comprises a light beam generator at a wavelength λ, each wavelength preferably being different from the others.
Le masque 802a entoure un générateur de faisceau lumineux à une longueur d'onde XI et comprend une zone 812a transparente à la longueur d'onde XI et une zone 812b opaque à la longueur d'onde X,. La zone transparente 812a et la zone opaque 812b ont ici la forme de deux demi-sphères. The mask 802a surrounds a light beam generator at a wavelength XI and comprises a transparent zone 812a at the wavelength XI and an area 812b that is opaque at the wavelength λ 1. The transparent zone 812a and the opaque zone 812b here have the shape of two half-spheres.
Le masque 802b entoure un générateur de faisceau lumineux à une longueur 30 d'onde X2 et comprend une zone centrale 814a transparente à la longueur d'onde 22 et deux zones latérales 814b opaques à la longueur d'onde X2. The mask 802b surrounds a light beam generator at a wavelength λ 2 and comprises a central area 814a transparent at the wavelength 22 and two opaque side areas 814b at the wavelength λ 2.
Le masque 802c entoure un générateur de faisceau lumineux à une longueur d'onde X3 et comprend une zone centrale 816b opaque à la longueur d'onde X3 et deux zones latérales 816a transparentes à la longueur d'onde X. Le masque 802d entoure un générateur de faisceau lumineux à une longueur d'onde k4 et comprend quatre zones 818a transparentes à la longueur d'onde X4 et trois zones 818b opaques à la longueur d'onde X4. The mask 802c surrounds a light beam generator at a wavelength λ3 and comprises a central zone 816b that is opaque at the wavelength λ3 and two lateral zones 816a that are transparent at the wavelength λ. The mask 802d surrounds a generator of light beam at a wavelength k4 and comprises four transparent zones 818a at the wavelength λ4 and three opaque zones 818b at the wavelength λ4.
Les zones transparentes aux longueurs d'ondes sont ainsi des zones d'émission des faisceaux lumineux correspondants et les zones opaques aux longueurs d'ondes sont des zones de non-émission des faisceaux lumineux correspondants. The areas transparent to the wavelengths are thus emission zones of the corresponding light beams and the opaque zones at the wavelengths are zones of non-emission of the corresponding light beams.
Pour permettre la détermination de l'angle cf), un dispositif de détection distant du dispositif émissif doit pouvoir déterminer un changement de longueur d'onde lors de la rotation du dispositif émissif autour d'un axe Z' parallèle à z et passant par le centre des sphères. Ainsi, les masques ne doivent pas être invariants par une rotation autour de l'axe Z'. To allow the determination of the angle cf), a remote detection device of the emitting device must be able to determine a change of wavelength during the rotation of the emitting device around an axis Z 'parallel to z and passing through the center of the spheres. Thus, the masks must not be invariant by a rotation around the axis Z '.
La Fig. 9b représente quatre masques 852a, 852b, 852c et 852d qui permettent la détermination de l'angle O. Un dispositif émissif dont on désirerait connaître le déplacement angulaire selon l'angle 0, comporterait un ou plusieurs des masques 852a, 852b, 852c et 8.52d. Ces masques ont ici la forme de sphères comprenant au moins une zone d'émission d'un faisceau lumineux à une longueur d'onde et au moins une zone de non-émission de ce faisceau lumineux. Dans un exemple de réalisation, chaque masque comprend un générateur de faisceau lumineux à une longueur d'onde X, chaque longueur d'onde étant de préférence différente des autres. Fig. 9b represents four masks 852a, 852b, 852c and 852d which allow the determination of the angle O. An emitting device whose angular displacement would be desired according to the angle θ, would comprise one or more of the masks 852a, 852b, 852c and 8.52 d. These masks here have the shape of spheres comprising at least one emission zone of a light beam at a wavelength and at least one non-emission zone of this light beam. In an exemplary embodiment, each mask comprises a light beam generator at a wavelength λ, each wavelength preferably being different from the others.
Le masque 852a entoure un générateur de faisceau lumineux à une longueur d'onde X5 et comprend une zone 862a transparente à la longueur d'onde X5 et une zone 862b opaque à la longueur d'onde X5. La zone transparente 862a et la zone opaque 862b ont ici la forme de deux demi-sphères. The mask 852a surrounds a light beam generator at a wavelength λ 5 and comprises a zone 862a transparent to the wavelength λ 5 and a zone 86 2b opaque to the wavelength λ 5. The transparent zone 862a and the opaque zone 862b here have the shape of two half-spheres.
Le masque 852b entoure un générateur de faisceau lumineux à une longueur d'onde X6 et comprend une zone centrale 864a transparente à la longueur d'onde 21,6 et deux zones latérales 864b opaques à la longueur d'onde 2\, 6. The mask 852b surrounds a light beam generator at a wavelength λ 6 and comprises a central area 864a transparent to the wavelength 21.6 and two opaque side areas 864b at the wavelength λ 2.
Le masque 852c entoure un générateur de faisceau lumineux à une longueur d'onde X7 et comprend une zone centrale 866b opaque à la longueur d'onde X7 et deux zones latérales 866a transparentes à la longueur d'onde X7. The mask 852c surrounds a light beam generator at a wavelength λ7 and comprises a central zone 866b that is opaque at the wavelength λ7 and two lateral zones 866a that are transparent at the wavelength λ7.
Le masque 852d entoure un générateur de faisceau lumineux à une longueur d'onde 4g et comprend quatre zones 868a transparentes à la longueur d'onde Xg et trois zones 868b opaques à la longueur d'onde X8. The mask 852d surrounds a light beam generator at a wavelength λg and comprises four transparent areas 868a at the wavelength λg and three opaque areas 868b at the wavelength λ8.
Pour permettre la détermination de l'angle 0, un dispositif de détection distant du dispositif émissif doit pouvoir déterminer un changement de longueur d'onde lors de la rotation du dispositif émissif autour du point O. Les calculs qui suivent permettent de déterminer le déplacement angulaire A<p et AO dans les cas où le dispositif émissif se déplace uniquement en translation par rapport au repère (O, X, Y, Z), c'est-àdire quand il ne tourne pas sur lui-même, et d'en déduire les coordonnées du dispositif émissif. To allow the determination of the angle θ, a remote detection device of the emitting device must be able to determine a change of wavelength during the rotation of the emitting device around the point O. The calculations which follow make it possible to determine the angular displacement. A <p and AO in cases where the emitting device moves only in translation relative to the reference (O, X, Y, Z), that is to say when it does not turn on itself, and from deduce the coordinates of the emissive device.
Dans le repère en coordonnées sphériques, l'angle (p peut varier de 0 à 27r tandis que l'angle 0 peut varier de 0 à 7r (ou de 2 à 2). In the coordinate system in spherical coordinates, the angle (p can vary from 0 to 27r while the angle 0 can vary from 0 to 7r (or from 2 to 2).
Dans le cas où il y a N4, longueurs d'ondes, 1"angle de rotation total 27r est divisé en 2"A éléments élémentaires d'angle 8p et l'angle de rotation total 7r est divisé en 2"A éléments élémentaires d'angle 60. En fait, le nombre d'éléments élémentaires correspond au nombre de mots possibles pour le code optique. In the case where there is N4, wavelengths, the total angle of rotation 27r is divided into 2 "A elementary elements of angle 8p and the total rotation angle 7r is divided into 2" A elementary elements. In fact, the number of elementary elements corresponds to the number of possible words for the optical code.
On a alors: 8rp = 2 et 80 = ,- . (6) 2 2 A En positionnant l'origine des angles au niveau du premier mot du code optique, la détection d'un mot de rang "j" par le dispositif de détection permet de déterminer l'angle Aq) et l'angle 3.0 parcourus par le dispositif émissif à partir des formules: Açp=jx8v etA0=jx80. Then we have: 8rp = 2 and 80 =, -. (6) 2 2 A By positioning the origin of the angles at the first word of the optical code, the detection of a word of rank "j" by the detection device makes it possible to determine the angle Aq) and the angle 3.0 traveled by the emissive device from the formulas: Δpp = jx8v and λ0 = jx80.
Dans le cas d'un code binaire à Nk éléments, le rang j est donné par la formule: NA-1 j=lb,x2'. =o In the case of a binary code with Nk elements, the rank j is given by the formula: NA-1 j = lb, x2 '. = o
Ainsi les angles parcourus par le dispositif émissif s'écrivent: 27r N 1 A -1 Arp= xlbx2' et A0=2NÀxtbx2'. 2'A =0 2;=o Un exemple d'application numérique donne pour: f+F = 1000mm, 52=45 , et Nk=8, (7) 8rp vaut 1,406 , ce qui correspond à l'angle le plus petit qui puisse être détecté. L'incertitude de la mesure vaut . vaut 0,7 , ce qui correspond à l'angle le plus petit qui puisse être détecté. L'incertitude de la mesure vaut 8B Dans un exemple particulier où le code binaire s'écrit (0,1,0,0, 1,0,0,0), le rang j vaut 72 et l'angle 4çp vaut 101,25 et l'angle A0 vaut 50,625 . Thus the angles traversed by the emissive device are written: 27r N 1 A -1 Arp = xlbx2 'and A0 = 2Natxtbx2'. 2'A = 0 2; = o An example of a numerical application gives for: f + F = 1000mm, 52 = 45, and Nk = 8, (7) 8rp is 1,406, which corresponds to the smallest angle which can be detected. The uncertainty of the measurement is worth. is 0.7, which is the smallest angle that can be detected. The uncertainty of the measurement is 8B In a particular example where the binary code is written (0,1,0,0, 1,0,0,0), the rank j is 72 and the angle 4cp is equal to 101, 25 and the angle A0 is 50.625.
Le calcul suivant permet de retrouver les coordonnées cartésiennes du dispositif émissif connaissant les coordonnées cartésiennes de deux dispositifs émissifs et les valeurs des angles op et 0 déterminées par chacun des dispositifs émissifs. The following calculation makes it possible to find the Cartesian coordinates of the emitting device knowing the Cartesian coordinates of two emitting devices and the values of the angles op and 0 determined by each of the emitting devices.
Les coordonnées cartésiennes du dispositif émissif sont (x, y, z). The Cartesian coordinates of the emissive device are (x, y, z).
Les coordonnées cartésiennes du premier dispositif de détection sont (x,, y,, z,) et les angles déterminés à partir de ce dispositif de détection sont go, et 0, . Les coordonnées cartésiennes du premier dispositif de détection sont (x2, y2, z2) et les angles déterminés à partir de ce dispositif de détection sont rp, et 02. The Cartesian coordinates of the first detection device are (x ,, y ,, z,) and the angles determined from this detection device are go, and 0,. The Cartesian coordinates of the first detection device are (x2, y2, z2) and the angles determined from this detection device are rp, and 02.
On obtient alors: x = r, *Cos(rp,)*Cos(0,)+x, x = r2 *Cos(rp,)*Cos(0,)+x2 y r, * Sin(p,) * Cos( B,) + y, et y = r, * Sin((p2) * Cos(02) + y2 (8). We then obtain: x = r, * Cos (rp,) * Cos (0,) + x, x = r2 * Cos (rp,) * Cos (0,) + x2 yr, * Sin (p,) * Cos (B,) + y, and y = r, * Sin ((p2) * Cos (02) + y2 (8).
z = r, *Sin(0,)+z, z = r, *Sin(0,)+z2 Les seules inconnues restant à déterminer sont donc r, et r2. z = r, * Sin (0,) + z, z = r, * Sin (0,) + z2 The only unknowns yet to be determined are r, and r2.
Par égalité des équations deux à deux on obtient: *Cos(rp,)*Cos(0,)+ = r, *Cos(rp,)*Cos(B,)+x2 r, * Sin(rp,) * Cos(0,) + y, = rz * Sin(rpz) * Cos(0, ) + yz. By equality of equations two by two we obtain: * Cos (rp,) * Cos (0,) + = r, * Cos (rp,) * Cos (B,) + x2 r, * Sin (rp,) * Cos (0,) + y, = rz * Sin (rpz) * Cos (0,) + yz.
r, *Sin(B,)+z, = r, *Sin(0,)+z, On en déduit alors: (x2 x,)*Sin(0,)+(z, zz)*Cos(gp,)*Cos(0,) r = et (Cos(0,) * Cos(gp,) * Sin(02) Cos(ço,) * Sin(0,) * Cos(02)) (x, x,)*Sin(0,)+(z, z, )* Cos(ip, ) * Cos(0, ) r2 = (Cos(0,) * Cos(gp,) * Sin(0,) Cos(p2) * Sin(0,) * Cos(02)) Il est alors possible de déterminer les valeurs numériques de r, et r2 pour les 25 réinjecter ensuite dans les équations (8). r, * Sin (B,) + z, = r, * Sin (0,) + z, We then deduce: (x2 x,) * Sin (0,) + (z, zz) * Cos (gp, ) * Cos (0,) r = and (Cos (0,) * Cos (gp,) * Sin (02) Cos (ç,) * Sin (0,) * Cos (02)) (x, x,) * Sin (0,) + (z, z,) * Cos (ip,) * Cos (0,) r2 = (Cos (0,) * Cos (gp,) * Sin (0,) Cos (p2) * Sin (0,) * Cos (02)) It is then possible to determine the numerical values of r, and r2 for reinjecting them into equations (8).
Un exemple d'application numérique pour (x, , y, , z,) = (0.0m,1.95m,2.0m) ; (x y2, z2) = (2.9rn,0.Om,1.85m) ; B, = -0.386rd et v, = 4.30rd et 0, = -0.247rd et ço, = 3.32rd donne r1 = 3.19m et r, = 4.30m d'où (x, y, z) _ ( 1.2m, 0.75m,0.80m). An example of a numerical application for (x,, y,, z,) = (0.0m, 1.95m, 2.0m); (x y2, z2) = (2.9rn, 0.Om, 1.85m); B, = -0.386rd and v, = 4.30rd and 0, = -0.247rd and ço, = 3.32rd gives r1 = 3.19m and r, = 4.30m where (x, y, z) _ (1.2m , 0.75m, 0.80m).
La Fig. 9a, la Fig. 9b et la Fig. 9c sont des représentations schématiques de masques pour un système de traceur optique dont le dispositif émissif peut effectuer des rotations quelconques sur lui-même sans déplacement linéaire. Fig. 9a, FIG. 9b and FIG. 9c are schematic representations of masks for an optical tracer system whose emitting device can perform any rotations on itself without linear displacement.
Le dispositif émissif comprend trois sphères 902a, 902b et 902c qui sont centrées sur le point 'o', origine du repère (o, i, j, k) lié au dispositif émissif. La Fig. 1 représente un tel dispositif émissif 102 dont une seule des sphères est représentée. The emitting device comprises three spheres 902a, 902b and 902c which are centered on the point 'o', origin of the reference (o, i, j, k) linked to the emitting device. Fig. 1 represents such an emitting device 102 only one of the spheres is shown.
Le repère 4, , j, k) est lié au dispositif émissif de manière à ce que toute translation de ce dernier entraîne une translation du repère tandis qu'une rotation du dispositif émissif n'entraîne aucune rotation du repère. Ainsi, les vecteurs directeurs du repère (o, i, , j, k) sont parallèles aux vecteurs directeurs de l'espace 108 représentés par (O, X, Y, Z) et le restent quel que soit le mouvement du dispositif émissif tout en se déplaçant par rapport à lui. The reference 4,, j, k) is related to the emitting device so that any translation of the latter causes a translation of the marker while a rotation of the emitting device does not cause any rotation of the marker. Thus, the reference vectors (o, i,, j, k) are parallel to the direction vectors of the space 108 represented by (O, X, Y, Z) and remain so regardless of the movement of the emitting device while by moving in relation to him.
A l'intérieur des sphères sont disposés des générateurs de faisceau lumineux qui émettent des faisceaux lumineux à longueur d'onde k l, X2, a, 3 en direction d'un dispositif de détection 904. Within the spheres are light beam generators which emit wavelength light beams 1, 2, a, 3 towards a detecting device 904.
Les Figs. 9a, 9b et 9c ne sont pas représentées à l'échelle. En effet, les trois sphères ne peuvent pas être physiquement toutes les trois centrées au même point o, mais compte tenu de la distance entre le point o et le dispositif de détection 904 qui est très grande par rapport aux dimensions du dispositif émissif, il est possible de faire l'approximation selon laquelle les trois sphères sont centrées au même point o. Figs. 9a, 9b and 9c are not shown in scale. Indeed, the three spheres can not be physically all three centered at the same point o, but given the distance between the point o and the detection device 904 which is very large compared to the dimensions of the emitting device, it is possible to make the approximation that the three spheres are centered at the same point o.
On note oD la droite passant par o et par le dispositif de détection. La position du dispositif émissif par rapport au dispositif de détection se détermine par le calcul de trois angles notés OX, OY et OZ. We note oD the line passing through o and by the detection device. The position of the emitting device with respect to the detection device is determined by the calculation of three angles denoted OX, OY and OZ.
Le point référencé 904a représente la projection du dispositif de détection dans le plan XoZ et l'angle OZ (Fig. 9a) est l'angle d'élévation de la droite oD par rapport au 30 plan XY. The point referenced 904a represents the projection of the detection device in the XoZ plane and the angle OZ (Fig. 9a) is the elevation angle of the line oD with respect to the XY plane.
Le point référencé 904b représente la projection du dispositif de détection dans le plan XoZ et l'angle OX (Fig. 9b) est l'angle d'élévation de la droite oD par rapport au plan YZ. The point referenced 904b represents the projection of the detection device in the XoZ plane and the angle OX (Fig. 9b) is the elevation angle of the line oD with respect to the YZ plane.
Le point référencé 904c représente la projection du dispositif de détection dans le plan YoZ et l'angle OY (Fig. 9c) est l'angle d'élévation de la droite oD par rapport au plan XZ,. The point referenced 904c represents the projection of the detection device in the YoZ plane and the angle OY (Fig. 9c) is the elevation angle of the line oD with respect to the XZ plane.
La sphère 902a forme un masque comportant des zones transparentes et des zones opaques à la longueur d'onde ? . Ces zones transparentes et ces zones opaques prennent la forme de bandes 906 parallèles au plan XY et sont invariantes par rotation autour de l'axe Z. Toute rotation autre que celle autour de l'axe Z entraîne un changement dans la valeur de la longueur d'onde reçue par le dispositif de détection 904 et permet de calculer la valeur de l'angle OZ à un instant t. The sphere 902a forms a mask having transparent areas and opaque areas at the wavelength? . These transparent areas and opaque areas take the form of strips 906 parallel to the XY plane and are invariant by rotation around the Z axis. Any rotation other than that around the Z axis causes a change in the value of the length d wave received by the detection device 904 and calculates the value of the angle OZ at a time t.
La sphère 902b forme un masque comportant des zones transparentes et des zones opaques à la longueur d'onde 2^,2. Ces zones transparentes et ces zones opaques prennent la forme de bandes 908 parallèles au plan YZ et sont invariantes par rotation autour de l'axe X. Toute rotation autre que celle autour de l'axe X entraîne un changement dans la valeur de la longueur d'onde reçue par le dispositif de détection 904 et permet de calculer la valeur de l'angle OX à un instant t. Sphere 902b forms a mask having transparent areas and opaque areas at wavelength λ 2. These transparent areas and these opaque areas take the form of strips 908 parallel to the plane YZ and are invariant by rotation around the axis X. Any rotation other than that around the axis X causes a change in the value of the length of wave received by the detection device 904 and calculates the value of the angle OX at a time t.
La sphère 902c forme un masque comportant des zones transparentes et des zones opaques à la longueur d'onde 2\,3. Ces zones transparentes et ces zones opaques prennent la forme de bandes 910 parallèles au plan XZ et sont invariantes par rotation autour de l'axe Y. Toute rotation autre que celle autour de l'axe Y entraîne un changement dans la valeur de la longueur d'onde reçue par le dispositif de détection 904 et permet de calculer la valeur de l'angle OY à un instant t. Sphere 902c forms a mask having transparent areas and opaque areas at wavelength 2 \, 3. These transparent areas and these opaque areas take the form of strips 910 parallel to the XZ plane and are invariant by rotation around the Y axis. Any rotation other than that around the Y axis causes a change in the value of the length of d wave received by the detection device 904 and calculates the value of the angle OY at a time t.
Les calculs qui suivent permettent de déterminer le positionnement angulaire du dispositif émissif dans le repère (O, X, Y, Z). The calculations that follow make it possible to determine the angular positioning of the emitting device in the reference (O, X, Y, Z).
Les trois vecteurs d'élévation (7,Vy,V,) issus du dispositif émissif s'écrivent alors: V,. = Sin(OÀ. )i + Cos(Bl.) j V}. = Sin(O)-j + Cos(O)k. V. = Sin(0,)k + COs(8,)l La direction de la droite oD est alors donnée par le vecteur V = V A. + VY +V- C'est-à-dire que: = (Cos(B7) + Sin(O i. ) )i + (Cos(O r) + Sin(By. 1 + (Cos(By.) + Sin(0, ))k = a. i + f É j + y, et en notant: a = Cos(B7) + Sin(9,- ) /3=Cos(O,.)+Sin(9y), y =Cos(Oy.)+ Sin(B,) on obtient: V=a.i+fi. +yÉk. The three vectors of elevation (7, Vy, V,) coming from the emissive device are then written: V ,. = Sin (OA) i + Cos (B1) j V}. = Sin (O) -j + Cos (O) k. V. = Sin (0,) k + COs (8,) l The direction of the line oD is then given by the vector V = V A. + VY + V- That is to say that: = (Cos) (B7) + Sin (O i.)) I + (Cos (O r) + Sin (By 1 + (Cos (By.) + Sin (0,)) k = a, i + f I + y , and noting: a = Cos (B7) + Sin (9, -) /3=Cos(O,.)+Sin(9y), y = Cos (Oy.) + Sin (B,) we get: V = a.i + fi. + yEk.
Les valeurs des angles de rotation du dispositif émissif sur chacun des axes OX, 5 OY et OZ s'écrivent: B, = Arctg Y \P/ ( Dans le cas de la Fig. 1 avec un dispositif émissif 102 de coordonnées (x, y, z) et deuxdispositifs de détection 114, 116 ayant respectivement pour coordonnées dans le repère (O, X, Y, Z) (xi, }Ti, zi) et (x2, y2, z2), les calculs suivants permettent de déterminer la position du dispositif émissif dans le repère (O, X, Y, Z). The values of the rotation angles of the emitting device on each of the axes OX, OY and OZ are written: B = Arctg Y \ P / (In the case of Figure 1 with an emitting device 102 with coordinates (x, y, z) and two detection devices 114, 116 respectively having coordinates in the coordinate system (O, X, Y, Z) (xi, ti, zi) and (x2, y2, z2), the following calculations make it possible to determine the position of the emitting device in the reference (O, X, Y, Z).
En application de (9), le dispositif de détection 114 et le dispositif de détection 116 définissent respectivement un vecteur v = a, . ï + Q É j + y, É k et un vecteur = a, É i + p, .9>+ y, .k* qui sont représentatifs des directions des chemins optiques directs. In application of (9), the detection device 114 and the detection device 116 respectively define a vector v = a,. ï + Q j + y, k k and a vector = a, i i + p, 99> + y, kk * which are representative of the directions of the direct optical paths.
Le dispositif émissif 102 est à l'intersection de la droite passant par le premier dispositif de détection 114 et de vecteur directeur V, avec la droite passant par le deuxième dispositif de détection 116 et de vecteur directeur V, . On peut alors écrire: x, x=a, É a, x,-x=a2 a2 y, y = a, A et y, y = a, . /32 où ai et a2 sont les coefficients z, z=ai'y1 z2 z=a2 '72 (9) 02 = Arctg 9, = Arctg a/ i-\ = Arctg = Arctg = Arctg Cos(0,) + Sin(O) Cos(0) + Sin(Oy. ) Cos(0,) + Sin(O. ) (Cos(o)+Sin(e,) Cos (8,.) + Sin(9y,) 1 Cos(BO) + Sin(0, ) et multiplicateurs des vecteurs V et v2 pour atteindre le dispositif émissif 102 à partir de chacun des dispositifs de détection 114, 116. The emitting device 102 is at the intersection of the line passing through the first detection device 114 and the director vector V, with the straight line passing through the second detection device 116 and the director vector V,. We can then write: x, x = a, É a, x, -x = a2 a2 y, y = a, A and y, y = a,. / 32 where ai and a2 are the coefficients z, z = ai'y1 z2 z = a2 '72 (9) 02 = Arctg 9, = Arctg a / i- = Arctg = Arctg = Arctg Cos (0,) + Sin (O) Cos (0) + Sin (Oy) Cos (0) + Sin (O) (Cos (o) + Sin (e,) Cos (8 ,.) + Sin (9y,) 1 Cos ( BO) + Sin (0,) and multipliers of the vectors V and v2 to reach the emitting device 102 from each of the detection devices 114, 116.
C'est-à-dire que: x=x, Éa,=X2 a2 a2 y=y, a,É /,=y, a2 /32 et donc z=z, a, Éy,=z2 a2 y2 a - a2 (Y1 /Y2) + PI (XI - x2) et a -_ a1(YI - Y2) + /32 (xl - x2) al/32-a,.fil 2 alf2-a2 'Pl La Fig. 10 représente un dispositif de détection virtuel 1006 d'un système de traceur optique dont la précision est améliorée. Un dispositif émissif 1002 se déplace dans un espace où est disposée une pluralité de dispositifs de détection 1004a, 1004b et 1004e. Les dispositifs de détection 1004a, 1004b et 1004e sont sur un même plan et l'unité de traitement détermine, pour chaque dispositif de détection 1004a, 1004b, 1004c, les angles représentatifs de la position du dispositif émissif 1002. That is, x = x, Ea, = X2 a2 a2 y = y, a, E /, = y, a2 / 32 and so z = z, a, yy = z2 a2 y2 a - a2 (Y1 / Y2) + P1 (XI-x2) and a-1 (Y1-Y2) + / 32 (x1-x2) al / 32-a, .alpha.2 alf2-a2 '. FIG. 10 shows a virtual detection device 1006 of an optical tracer system whose accuracy is improved. An emitting device 1002 moves in a space where a plurality of detection devices 1004a, 1004b and 1004e are disposed. The detection devices 1004a, 1004b and 1004e are on the same plane and the processing unit determines, for each detection device 1004a, 1004b, 1004c, the angles representative of the position of the emitting device 1002.
Pour améliorer la précision des mesures des angles et donc des coordonnées du dispositif émissif 1002, une moyenne est effectuée sur la pluralité d'angles précédemment déterminée. To improve the accuracy of the measurements of the angles and therefore of the coordinates of the emitting device 1002, an average is performed on the plurality of angles previously determined.
Le dispositif de détection virtuel 1006 est ainsi constitué d'une pluralité de dispositifs de détection 1004a, 1004b et 1004e. De préférence, le positionnement des dispositifs de détection 1004a, 1004b et 1004e forme une figure géométrique symétrique. Dans l'exemple de réalisation de la Fig. 10, les dispositifs de détection 1004a, 1004b et 1004e forment un triangle équilatéral et le dispositif de détection virtuel 1006 est le barycentre. The virtual detection device 1006 thus consists of a plurality of detection devices 1004a, 1004b and 1004e. Preferably, the positioning of the detection devices 1004a, 1004b and 1004e forms a symmetrical geometric figure. In the exemplary embodiment of FIG. 10, the detection devices 1004a, 1004b and 1004e form an equilateral triangle and the virtual detection device 1006 is the center of gravity.
Les Figs. 11 à 14 représentent une pluralité de modes de réalisation de dispositifs émissifs selon l'invention. Chaque dispositif émissif est adapté à émettre, dans une direction donnée, au moins deux faisceaux lumineux de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique représentatif de ladite direction et (lui résulte d'un multiplexage desdits au moins deux faisceaux lumineux. Figs. 11 to 14 show a plurality of embodiments of emitting devices according to the invention. Each emitting device is adapted to emit, in a given direction, at least two light beams so that said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code representative of said direction and (results from multiplexing said at least two light beams.
La Fig. 11 représente un dispositif émissif 102 comprenant une pluralité de générateurs de faisceaux lumineux 1104a, 1104b, 1104e et 1104d et une pluralité de masques 1108a, 1108b, 1108e et 1108d. Chacun des faisceaux lumineux est un faisceau lumineux à une longueur d'onde différente des longueurs d'ondes des autres faisceaux lumineux ce qui évite un recouvrement des longueurs d'ondes et une incertitude quant à la position du dispositif émissif 102. Chaque masque 1108a, 1108b, 1108e, 1108d est disposé dans le passage de l'un des faisceaux lumineux afin de cacher une partie de chacun des faisceaux lumineux. Le dispositif émissif 102 peut aussi comprendre des optiques d'adaptation 1106a, 1106b, 1106e et 1106d qui permettent de focaliser chacun des faisceaux émis par les générateurs 1104a, 1104b, 1104e et 1104d sur les masques 1108a, 1108b, 1108e et 1108d. Un optique 1110 peut être disposé en sortie du dispositif émissif 102 afin de focaliser les faisceaux lumineux issus des masques 1108a, 1108b, 1108e, 1108d. Chaque masque 1108a, 1108b, 1108e, 1108d comprend au moins une zone transparente au faisceau qu'il reçoit et au moins une zone opaque à ce même faisceau. Ainsi, les zones d'émission sont constituées des générateurs de faisceaux lumineux 1104a, 1104b, 1104e, 1104d combinés aux zones transparentes de chaque masque 1108a, 1108b, 1108e, 1108d et les zones de non-émission sont constituées des générateurs de faisceaux lumineux 1104a, 1104b, 1104e, 1104d combinés aux zones opaques de chaque masque 1108a, 1108b, 1108e, 1108d. Fig. 11 shows an emitting device 102 comprising a plurality of light beam generators 1104a, 1104b, 1104e and 1104d and a plurality of masks 1108a, 1108b, 1108e and 1108d. Each of the light beams is a light beam at a wavelength different from the wavelengths of the other light beams, which avoids overlap of the wavelengths and uncertainty as to the position of the emitting device 102. Each mask 1108a, 1108b, 1108e, 1108d is arranged in the passage of one of the light beams in order to hide part of each of the light beams. The emitting device 102 may also include matching optics 1106a, 1106b, 1106e and 1106d which make it possible to focus each of the beams emitted by the generators 1104a, 1104b, 1104e and 1104d on the masks 1108a, 1108b, 1108e and 1108d. An optic 1110 may be arranged at the output of the emitting device 102 in order to focus the light beams coming from the masks 1108a, 1108b, 1108e, 1108d. Each mask 1108a, 1108b, 1108e, 1108d comprises at least one zone transparent to the beam that it receives and at least one zone opaque to this same beam. Thus, the emission zones consist of the light beam generators 1104a, 1104b, 1104e, 1104d combined with the transparent zones of each mask 1108a, 1108b, 1108e, 1108d and the non-emission zones consist of light beam generators 1104a. , 1104b, 1104e, 1104d combined with the opaque areas of each mask 1108a, 1108b, 1108e, 1108d.
Le code optique est ainsi généré par la pluralité de générateurs de faisceaux lumineux 1104a, 1104b, 1104e, 1104d, chaque faisceau lumineux étant constitué d'une longueur d'onde différente des longueurs d'ondes des autres faisceaux lumineux et la pluralité de masques 1108a, 1108b, 1108e, 1108d, chaque masque recevant le faisceau lumineux émis par l'un des générateurs de faisceau lumineux et comprenant respectivement au moins une zone transparente audit faisceau ainsi reçu et au moins une zone opaque audit faisceau ainsi reçu. The optical code is thus generated by the plurality of light beam generators 1104a, 1104b, 1104e, 1104d, each light beam consisting of a wavelength different from the wavelengths of the other light beams and the plurality of masks 1108a. , 1108b, 1108e, 1108d, each mask receiving the light beam emitted by one of the light beam generators and comprising respectively at least one transparent zone to said beam thus received and at least one opaque zone to said beam thus received.
Les faisceaux lumineux issus du dispositif émissif 102 sont ainsi multiplexés en longueurs d'ondes. En effet, chaque composante de chaque mot du code généré par le dispositif émissif 102 représente l'état (émission ou non-émission) de l'un des faisceaux lumineux issu du dispositif émissif 102. The light beams emanating from the emitting device 102 are thus multiplexed into wavelengths. Indeed, each component of each word of the code generated by the emitting device 102 represents the state (emission or non-emission) of one of the light beams coming from the emitting device 102.
Dans les cas où la détermination du mouvement d'un objet dans l'espace 108 de la Fig. 1 nécessite la mise en place d'une pluralité de dispositifs émissifs 102, 104, 106 sur l'objet, chaque dispositif de détection 114, 116 doit pouvoir distinguer le faisceau issu de l'un ou l'autre des dispositifs émissifs 102, 104, 106 pour éviter une mauvaise interprétation du mouvement. In cases where the determination of the motion of an object in space 108 of FIG. 1 requires the establishment of a plurality of emitting devices 102, 104, 106 on the object, each detection device 114, 116 must be able to distinguish the beam from one or the other of the emitting devices 102, 104 , 106 to avoid a misinterpretation of the movement.
Pour personnaliser chacun des dispositifs émissifs 102, 104, 106 et en particulier le faisceau lumineux émis par chacun d'eux, chaque dispositif émissif 102 réalise une modification du faisceau lumineux qu'il émet, différente de celle réalisée par les autres dispositifs émissifs 104, 106. Les dispositifs de détection 114, 116 doivent alors être adaptés à reconnaître cette modification. To personalize each of the emitting devices 102, 104, 106 and in particular the light beam emitted by each of them, each emitting device 102 modifies the light beam emitted, different from that produced by the other emitting devices 104. 106. The detection devices 114, 116 must then be adapted to recognize this change.
Cette modification du faisceau lumineux peut prendre l'aspect d'une modification du faisceau lumineux émis en modulation d'amplitude, de fréquence, de pulsation, de phase ou autre. This modification of the light beam can take the appearance of a modification of the light beam emitted in amplitude modulation, frequency, pulsation, phase or other.
Pour réaliser cette modification sur le faisceau lumineux émis, le dispositif émissif 102 est muni d'un module d'identification 1102 représenté sur la Fig. 11 et qui est adapté à modifier le faisceau lumineux émis. Par exemple, deux dispositifs émissifs 102, 104 peuvent être distingués par le fait que les caractéristiques de modulation de fréquence des faisceaux lumineux émis par l'un des dispositifs émissifs ne sont pas les mêmes que les caractéristiques de modulation de fréquence des faisceaux lumineux émis par l'autre dispositif émissif. To achieve this modification on the emitted light beam, the emitting device 102 is provided with an identification module 1102 shown in FIG. 11 and which is adapted to modify the emitted light beam. For example, two emitting devices 102, 104 can be distinguished by the fact that the frequency modulation characteristics of the light beams emitted by one of the emitting devices are not the same as the frequency modulation characteristics of the light beams emitted by the other emissive device.
La Fig. 12 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif émissif 1300 dont l'encombrement est réduit. Le dispositif émissif 1300 comprend un générateur de faisceau lumineux 1304, un masque 1308 et des optiques d'adaptation 1306 et 1310 qui permettent de focaliser les faisceaux lumineux générés. Fig. 12 shows another embodiment of an emitting device 1300 whose size is reduced. The emitting device 1300 comprises a light beam generator 1304, a mask 1308 and matching optics 1306 and 1310 which make it possible to focus the generated light beams.
Le générateur de faisceau lumineux 1304 génère de préférence un faisceau à une longueur d'onde. The light beam generator 1304 preferably generates a beam at a wavelength.
Le masque 1308 comporte des zones transparentes au faisceau lumineux ainsi généré et des zones opaques à ce même faisceau. The mask 1308 has areas transparent to the light beam thus generated and opaque areas to the same beam.
Les zones d'émission sont ainsi constituées du générateur de faisceau lumineux 1034 et des zones transparentes du masque 1308 et les zones de non-émission sont constituées du générateur de faisceau lumineux 1034 et des zones opaques du masque 1308. The emission zones thus consist of the light beam generator 1034 and the transparent zones of the mask 1308 and the non-emission zones consist of the light beam generator 1034 and the opaque zones of the mask 1308.
Afin d'obtenir différentes géométries de bandes, comme par exemple celles des Figs. 4a et 4b, la géométrie des zones transparentes et opaques du masque 1038 varie au cours du temps. Un tel masque peut prendre, par exemple, la forme d'un écran à cristaux liquides associé à un dispositif électronique de commande d'allumage ou d'extinction de certaines parties de l'écran à cristaux liquides. In order to obtain different strip geometries, for example those of FIGS. 4a and 4b, the geometry of the transparent and opaque zones of the mask 1038 varies over time. Such a mask may take, for example, the form of a liquid crystal display associated with an electronic control device for switching on or off certain parts of the liquid crystal screen.
Les faisceaux lumineux issus du dispositif émissif 1300 sont ainsi multiplexés en temps. En effet, chaque composante de chaque mot représente l'état (émission ou non-émission) de l'un des faisceaux lumineux issu du dispositif émissif 1300 à un instant t. La première composante est déterminée avec une première configuration du masque 1038, puis la deuxième composante est déterminée avec une deuxième configuration du masque 1038, etc. Le code optique est ainsi généré par le générateur de faisceau lumineux 1304, le faisceau lumineux étant constitué d'une longueur d'onde, et le masque 1308 recevant le faisceau lumineux et comprenant respectivement au moins une zone transparente audit faisceau et au moins une zone opaque audit faisceau et les géométries des zones transparentes et opaques varient au cours du temps. The light beams emanating from the emitting device 1300 are thus multiplexed in time. Indeed, each component of each word represents the state (emission or non-emission) of one of the light beams from the emitting device 1300 at a time t. The first component is determined with a first configuration of the mask 1038, then the second component is determined with a second configuration of the mask 1038, etc. The optical code is thus generated by the light beam generator 1304, the light beam consisting of a wavelength, and the mask 1308 receiving the light beam and comprising respectively at least one transparent zone to said beam and at least one zone. opaque audit beam and the geometries of transparent and opaque areas vary over time.
La Fig. 13 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif émissif qui permet de s'affranchir de l'utilisation du masque. Fig. 13 shows another embodiment of an emissive device that eliminates the use of the mask.
Le dispositif émissif 1400 comprend une pluralité de générateurs de faisceau lumineux 1402 disposés en bandes 1404a à 1404f pouvant être respectivement allumées ou éteintes. De tels générateurs de faisceau lumineux peuvent être des diodes électroluminescentes. The emitting device 1400 comprises a plurality of light beam generators 1402 arranged in strips 1404a to 1404f which can respectively be turned on or off. Such light beam generators may be light emitting diodes.
Les zones d'émission et les zones de non-émission sont ainsi constituées des générateurs de faisceau lumineux en bandes allumées ou éteintes. The emission zones and the non-emission zones thus consist of light beam generators in bands that are on or off.
Les longueurs d'ondes des faisceaux lumineux émis par chaque bande1404a à 10 1404f sont différentes les unes des autres. The wavelengths of the light beams emitted by each band 1404a to 1404f are different from each other.
Afin d'obtenir différentes géométries du dispositif émissif, comme par exemple celles des Figs. 4a et 4b, la position et/ou le nombre de bandes allumées ou éteintes varient au cours du temps. In order to obtain different geometries of the emitting device, such as those of FIGS. 4a and 4b, the position and / or the number of bands on or off vary over time.
Les faisceaux lumineux issus du dispositif émissif 1400 sont ainsi multiplexés en longueurs d'ondes et en temps. En effet, chaque composante de chaque mot représente l'état (émission ou non-émission) de l'un des faisceaux lumineux issu du dispositif émissif 1400 à un instant t. La première composante est déterminée avec une première configuration des générateurs de faisceau lumineux 1402, puis la deuxième composante est déterminée avec une deuxième configuration des générateurs de faisceau lumineux 1402, etc. Le code optique est ainsi généré par la pluralité de générateurs de faisceau lumineux 1402 disposés en bandes 1404a à 1404f et pouvant être respectivement allumées ou éteintes. The light beams emanating from the emitting device 1400 are thus multiplexed into wavelengths and time. Indeed, each component of each word represents the state (emission or non-emission) of one of the light beams from the emitting device 1400 at a time t. The first component is determined with a first configuration of the light beam generators 1402, then the second component is determined with a second configuration of the light beam generators 1402, etc. The optical code is thus generated by the plurality of light beam generators 1402 arranged in bands 1404a to 1404f and which can respectively be turned on or off.
La Fig. 14 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif émissif 1500 25 qui, par rapport au dispositif émissif de la Fig. 12 permet de s'affranchir de l'utilisation d'un masque dynamique. Fig. 14 shows another embodiment of an emitting device 1500 which, with respect to the emitting device of FIG. 12 makes it possible to dispense with the use of a dynamic mask.
Le dispositif émissif 1500 comprend une pluralité de générateurs de faisceaux lumineux 1504a, 1504b, 1504e et 1504d, une pluralité de masques 1508a, 1508b, 1508e et 1508d et des optiques d'adaptation 1506a, 1506b, 1506e, 1506d et 1510 qui permettent de focaliser les faisceaux lumineux en sortie de chaque générateur de faisceau lumineux et en sortie du dispositif émissif 1500. Chacun des faisceaux lumineux issus de l'un des générateurs de faisceau lumineux passe à travers l'un des masques et l'ensemble des faisceaux est constitué d'une même longueur d'onde. Chaque masque reçoit le faisceau lumineux émis par l'un des générateurs de faisceau lumineux et comprend au moins une zone transparente au faisceau ainsi reçu et au moins une zone opaque à ce même faisceau. The emitting device 1500 comprises a plurality of light beam generators 1504a, 1504b, 1504e and 1504d, a plurality of masks 1508a, 1508b, 1508e and 1508d and matching optics 1506a, 1506b, 1506e, 1506d and 1510 which make it possible to focus the light beams at the output of each light beam generator and at the output of the emitting device 1500. Each of the light beams coming from one of the light beam generators passes through one of the masks and the set of beams consists of the same wavelength. Each mask receives the light beam emitted by one of the light beam generators and comprises at least one zone that is transparent to the beam thus received and at least one zone that is opaque to this same beam.
L'allumage et l'extinction successive de chacun des générateurs de faisceau lumineux permettent de créer, en combinaison avec les masques, des zones d'émission 5 et des zones de non-émission de faisceau lumineux. The ignition and the subsequent extinction of each of the light beam generators make it possible to create, in combination with the masks, emission zones 5 and zones of non-emission of light beam.
Les faisceaux lumineux issus du dispositif émissif 1500 sont ainsi multiplexés en temps. En effet, chaque composante de chaque mot représente l'état (émission ou non-émission) de l'un des faisceaux lumineux issu du dispositif émissif 1500 à un instant t. La première composante est déterminée avec une première configuration des générateurs de faisceau lumineux, puis la deuxième composante est déterminée avec une deuxième configuration des générateurs de faisceau lumineux, etc. Le code optique est ainsi généré par la pluralité de générateurs de faisceau lumineux 1504a, 1504b, 1504c, 1504d qui sont successivement allumés et éteints, l'ensemble des faisceaux étant constitué d'une même longueur d'onde, et la pluralité de masques 1508a, 1508b, 1508c, 1508d, chaque masque recevant le faisceau lumineux émis par l'un des générateurs de faisceau lumineux et comprenant respectivement au moins une zone transparente audit faisceau ainsi reçu et au moins une zone opaque audit faisceau ainsi reçu. The light beams emanating from the emitting device 1500 are thus multiplexed in time. Indeed, each component of each word represents the state (emission or non-emission) of one of the light beams from the emitting device 1500 at a time t. The first component is determined with a first configuration of the light beam generators, then the second component is determined with a second configuration of the light beam generators, etc. The optical code is thus generated by the plurality of light beam generators 1504a, 1504b, 1504c, 1504d which are successively switched on and off, the set of beams consisting of the same wavelength, and the plurality of masks 1508a. , 1508b, 1508c, 1508d, each mask receiving the light beam emitted by one of the light beam generators and comprising respectively at least one zone transparent to said beam thus received and at least one opaque zone to said beam thus received.
Afin d'obtenir différentes géométries du dispositif émissif, comme par exemple 20 celles des Figs. 4a et 4b, la géométrie de chaque masque est différente de la géométrie des autres masques. In order to obtain different geometries of the emitting device, for example those of FIGS. 4a and 4b, the geometry of each mask is different from the geometry of the other masks.
Le système de traceur optique 100 peut être intégré à un système de réalité virtuelle ou de réalité augmentée en combinaison avec un dispositif de mixage adapté à représenter le positionnement ou l'inclinaison des objets liés aux systèmes émissifs dans un espace virtuel. The optical tracer system 100 can be integrated with a virtual reality or augmented reality system in combination with a mixing device adapted to represent the positioning or inclination of emissive system related objects in a virtual space.
L'unité de traitement 110 peut être un micro-ordinateur comprenant entre autres une mémoire, du type mémoire vive, disque dur ou autre, dans laquelle sont stockées les valeurs des longueurs d'ondes des faisceaux reçus par chacun des deux dispositifs de détection 114 et 116 à un instant t et un logiciel permettant de déterminer les coordonnées absolues et en particulier la position linéaire et/ou angulaire du dispositif émissif 102 dans le repère en fonction des longueurs d'ondes ainsi détectées par les dispositifs de détection 114 et 116 et la connaissance du code optique. The processing unit 110 may be a microcomputer comprising, among other things, a memory, of the RAM, hard disk or other type, in which the values of the wavelengths of the beams received by each of the two detection devices 114 are stored. and 116 at a time t and software for determining the absolute coordinates and in particular the linear position and / or angular position of the emitting device 102 in the reference according to the wavelengths thus detected by the detection devices 114 and 116 and knowledge of the optical code.
Dans un mode particulier de réalisation, chaque dispositif de détection comprend l'unité de traitement qui peut alors prendre la forme d'un microprocesseur. In a particular embodiment, each detection device comprises the processing unit which can then take the form of a microprocessor.
Cet ensemble constitue alors un dispositif de détection et de détermination qui peut, à la fois, recevoir et analyser les faisceaux lumineux émis par les dispositifs émissifs et déterminer les coordonnées de chaque dispositif émissif. This set then constitutes a detection and determination device which can both receive and analyze the light beams emitted by the emitting devices and determine the coordinates of each emitting device.
Chaque dispositif de détection et de détermination est ainsi capable, d'une part, de déterminer les valeurs des longueurs d'ondes d'au moins deux faisceaux lumineux émis par un dispositif émissif 102 dans une direction donnée, et multiplexés de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique représentatif de ladite direction, et, d'autre part, de déterminer les coordonnées du dispositif émissif 102 en fonction de la connaissance des longueurs d'ondes déterminées et de la connaissance du code optique. Each detection and determination device is thus able, on the one hand, to determine the values of the wavelengths of at least two light beams emitted by an emitting device 102 in a given direction, and multiplexed so that said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code representative of said direction, and, secondly, to determine the coordinates of the emitting device 102 as a function of the knowledge of the determined wavelengths and knowledge of the optical code.
La Fig. 15 représente un algorithme de détermination de la position linéaire et/ou angulaire d'un dispositif émissif 102 qui peut être appliqué à l'ensemble des dispositifs de traceur optique décrits cidessus. Fig. 15 shows an algorithm for determining the linear and / or angular position of an emitting device 102 that can be applied to all of the optical tracer devices described above.
Au moment où il est mis sous tension, le système de traceur optique 100 est initialisé et l'unité de traitement 110 enregistre les valeurs des longueurs d'ondes reçues par les dispositifs de détection 114, 116 avant tout déplacement. Cette phase d'initialisation permet de connaître la position linéaire et angulaire du dispositif émissif 102 à la mise sous tension. When it is turned on, the optical tracer system 100 is initialized and the processing unit 110 records the wavelength values received by the detection devices 114, 116 before any movement. This initialization phase makes it possible to know the linear and angular position of the emitting device 102 at power-up.
Le procédé de détermination des coordonnées et, en particulier, de la position 20 linéaire et angulaire d'un dispositif émissif 102 s'applique à un système de traceur optique 100 comprenant: - au moins un dispositif émissif 102 adapté à émettre, dans une direction donnée, au moins deux faisceaux lumineux de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique représentatif de ladite direction et qui résulte d'un multiplexage desdits au moins deux faisceaux lumineux; - au moins un dispositif de détection 114, 116 capable de déterminer chacun desdits faisceaux lumineux émis; chaque dispositif émissif 102 étant fixé audit objet ou fixe dans ledit repère et 30 chaque dispositif de détection 114, 116 étant respectivement fixe dans ledit repère ou fixé audit objet; et - une unité de traitement 110 connectée audit ou à chaque dispositif de détection 114, 116 et stockant les valeurs des longueurs d'ondes des faisceaux lumineux reçus par chacun des dispositifs de détection 114, 116 et comportant les éléments techniques nécessaires à l'exécution du procédé de détermination dont les étapes sont décrites ci-après. The method for determining the coordinates and, in particular, the linear and angular position of an emitting device 102 applies to an optical tracer system 100 comprising: at least one emitting device 102 adapted to emit, in one direction given, at least two light beams so that said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code representative of said direction and which results from a multiplexing of said at least two light beams; at least one detection device 114, 116 capable of determining each of said emitted light beams; each emitting device 102 being fixed to said object or fixed in said mark and each detection device 114, 116 being respectively fixed in said mark or fixed to said object; and a processing unit 110 connected to said or each detection device 114, 116 and storing the values of the wavelengths of the light beams received by each of the detection devices 114, 116 and comprising the technical elements necessary for the execution determination method whose steps are described below.
Le procédé comporte: - une étape de détection 1602 des valeurs des longueurs d'ondes reçues du dispositif émissif 102 par chacun des dispositifs de détection 114, 116, au cours de laquelle les dispositifs de détection et l'unité de détection associée déterminent les valeurs des longueurs d'ondes qu'ils reçoivent et les transmettent à l'unité de traitement 110; - une étape 1604 de calcul des coordonnées du dispositif émissif 102 dans le repère à partir de la connaissance des valeurs des longueurs d'ondes reçues et de la connaissance du code optique. The method comprises: a detection step 1602 of the wavelength values received from the emitting device 102 by each of the detection devices 114, 116, during which the detection devices and the associated detection unit determine the values wavelengths they receive and transmit them to the processing unit 110; a step 1604 for calculating the coordinates of the emitting device 102 in the reference frame from the knowledge of the values of the wavelengths received and the knowledge of the optical code.
Selon l'utilisation qui est faite du système de traceur optique 100, l'étape de calcul 1604 peut être suivie d'une étape de transfert 1608, durant laquelle la position linéaire et/ou angulaire du dispositif émissif 102 est transmise, par exemple, vers un logiciel d'imagerie. According to the use made of the optical tracer system 100, the calculation step 1604 can be followed by a transfer step 1608, during which the linear and / or angular position of the emitting device 102 is transmitted, for example to an imaging software.
Les différents dispositifs émissifs décrits ci-dessus comportent les éléments techniques nécessaires à la mise en oeuvre d'un procédé d'émission de faisceaux lumineux dans une direction donnée. Ce procédé d'émission, à partir d'un dispositif émissif comprend une étape de multiplexage d'au moins deux faisceaux lumineux de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique représentatif de ladite direction et une étape d'émission des faisceaux lumineux ainsi multiplexés. The various emissive devices described above comprise the technical elements necessary for implementing a method for emitting light beams in a given direction. This transmission method, from an emitting device comprises a step of multiplexing at least two light beams so that said at least two light beams form, in said direction, a word of a representative optical code of said direction and a step of emitting light beams thus multiplexed.
Chaque dispositif de détection et de détermination comporte les éléments techniques nécessaires à la mise en oeuvre d'un procédé de détection et de détermination comprenant: - une étape de réception d'au moins deux faisceaux lumineux émis par un dispositif émissif 102 dans une direction donnée, et multiplexés de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique représentatif de ladite direction -une étape d'analyse des faisceaux lumineux ainsi reçus, - une étape de détermination des valeurs des longueurs d'ondes desdits faisceaux lumineux, -une étape de détermination des coordonnées dudit dispositif émissif 102 en fonction de la connaissance desdites longueurs d'ondes déterminées et de la connaissance dudit code optique. Each detection and determination device comprises the technical elements necessary for the implementation of a detection and determination method comprising: a step of receiving at least two light beams emitted by an emitting device 102 in a given direction , and multiplexed so that said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code representative of said direction -a step of analyzing the light beams thus received, a step of determining the values wavelengths of said light beams, a step of determining the coordinates of said emitting device 102 as a function of the knowledge of said determined wavelengths and of the knowledge of said optical code.
Dans le cas où il y a une pluralité de dispositifs émissifs 102, 104, 106, chacun de ces dispositifs se distingue des autres par une modification des caractéristiques du faisceau lumineux qu'il émet par l'intermédiaire du module d'identification 202. Cette modification permet une différentiation de chaque dispositif émissif 102, 104, 106 et le procédé comporte, préalablement à l'étape de calcul 1604, une étape de reconnaissance 1606 de la modification pour chacun des faisceaux lumineux reçus et l'étape de calcul 1604 est effectuée pour chacun des dispositifs émissifs 102, 104, 106. In the case where there are a plurality of emitting devices 102, 104, 106, each of these devices is distinguished from the others by a modification of the characteristics of the light beam that it emits via the identification module 202. This modification allows a differentiation of each emitting device 102, 104, 106 and the method comprises, prior to the calculation step 1604, a recognition step 1606 of the modification for each of the received light beams and the calculation step 1604 is performed for each of the emitting devices 102, 104, 106.
A cet effet, l'étape de calcul 1604 est suivie par une étape de test 1610 qui détermine si les faisceaux lumineux de tous les dispositifs émissifs 102, 104, 106 ont été analysés. Si certains dispositifs émissifs n'ont pas encore été traités, le processus recommence l'étape de calcul pour un autre dispositif émissif. Si tous les dispositifs émissifs ont été traités, le processus se poursuit par l'étape de transfert 1608 qui transfère les positions linéaires et/ou angulaires des différents dispositifs émissifs 102, 104,106. For this purpose, the calculation step 1604 is followed by a test step 1610 which determines whether the light beams of all the emitting devices 102, 104, 106 have been analyzed. If some emissive devices have not yet been processed, the process resumes the calculation step for another emissive device. If all the emissive devices have been processed, the process continues with the transfer step 1608 which transfers the linear and / or angular positions of the different emitting devices 102, 104, 106.
Le procédé d'émission décrit ci-dessus est mis en oeuvre par un programme d'ordinateur contenant les instructions nécessaires à cette mise en oeuvre. The transmission method described above is implemented by a computer program containing the instructions necessary for this implementation.
Le procédé de détection et de détermination décrit ci-dessus est mis en oeuvre par un programme d'ordinateur contenant les instructions nécessaires à cette mise en oeuvre. The method of detection and determination described above is implemented by a computer program containing the instructions necessary for this implementation.
Le calibrage initial permet de déterminer les coordonnées (xi, yi, z1) du premier dispositif de détection positionné au point DI et (x2, y2, z2) du deuxième dispositif de détection positionné au point D2 dans le repère orthogonal (O, X, Y, Z). The initial calibration makes it possible to determine the coordinates (xi, yi, z1) of the first detection device positioned at the point DI and (x2, y2, z2) of the second detection device positioned at the point D2 in the orthogonal reference (O, X, Y, Z).
Le premier dispositif de détection est disposé sur une première paroi parallèle à l'axe X et le deuxième dispositif de détection est disposé sur une deuxième paroi parallèle à l'axe Y, c'est-à-dire orthogonale à la première paroi. On note H, le point d'intersection entre une première droite passant par le premier dispositif de détection et orthogonale à la première paroi et une deuxième droite passant par le deuxième dispositif de détection et orthogonale à la deuxième paroi. L'origine O du repère (O, X, Y, Z) est la projection du point H sur le plan XY parallèlement à l'axe Z. On a alors xi= y2=0. The first detection device is disposed on a first wall parallel to the X axis and the second detection device is disposed on a second wall parallel to the Y axis, that is to say orthogonal to the first wall. H is the point of intersection between a first straight line passing through the first detection device and orthogonal to the first wall and a second straight line passing through the second detection device and orthogonal to the second wall. The origin O of the reference (O, X, Y, Z) is the projection of the point H on the XY plane parallel to the Z axis. We then have xi = y2 = 0.
2888338 34 Soient AI le point de coordonnées (0, -L, 0) et BI le point de coordonnées (0, L, 0). 2888338 34 Let AI be the point of coordinates (0, -L, 0) and BI the point of coordinates (0, L, 0).
Soient A2 le point de coordonnées (-L, 0, 0) et B2 le point de coordonnées (L, 0, 0). Let A2 be the coordinate point (-L, 0, 0) and B2 the coordinate point (L, 0, 0).
Soient 0, l'angle (A1D1H) et 02 l'angle (B1D1H). Let 0 be the angle (A1D1H) and 02 the angle (B1D1H).
Soient 01l'angle (A2D2H) et 02 l'angle (B2I)2H). Les angles 0, , 0,, 0, et 0, varient de 2 à 2. On obtient alors: {YI = L tg(e2)+tg(0,)\ z, tg(0,)-tg(0,), (10) Un exemple d'application numérique pour L=0,5m et pour un dispositif émissif à 8 bits, les mesures des longueurs d'ondes en AI, BI, A2, B2 donnent les codes binaires suivants 183, 204, 168 et 181. Let be the angle (A2D2H) and 02 the angle (B2I) 2H). The angles 0,, 0 ,, 0, and 0, vary from 2 to 2. We obtain then: {YI = L tg (e2) + tg (0,) \ z, tg (0,) - tg (0, ), (10) An example of a digital application for L = 0.5m and for an 8-bit emitting device, the measurements of the wavelengths at AI, BI, A2, B2 give the following bit codes 183, 204, 168 and 181.
En posant que le code binaire 0 représente l'angle de 2 et que le code binaire 15 255 représente l'angle 2, alors la connaissance des quatre codes binaires précédents permet d'en déduire que 0, =0.685rd, 02 =0, 943rd, 0, =0,498rd et 0, =0,657rd. By posing that the binary code 0 represents the angle of 2 and the binary code 255 represents the angle 2, then the knowledge of the four preceding bit codes makes it possible to deduce that 0, = 0.685rd, 02 = 0, 943rd, 0, = 0.498rd and 0, = 0.657rd.
Les équations (10) ci-dessus donnent alors: (x,, y, , z,) _ (0m; 1,95; 2m) et (x,, y2, z,) _ (2,9m; 0m; 1,85m). Equations (10) above then give: (x, y,, z,) (0m, 1.95, 2m) and (x, y2, z,) (2.9m; , 85m).
En positionnant l'objet à l'origine de l'espace, les angles d'Euler notés 01, .1), et 02, (D, au niveau de chaque détecteur valent respectivement: r2, 0, = Arc sin = -0,386 rd; avec ri=3,189m x, + ir = 4,29 rd; = Arc cos xcos0,, ( 0, = Arc sin z' = -0,247 rd avec r2=4,298m et et By positioning the object at the origin of the space, the Euler angles denoted 01, .1), and 02, (D, at each detector are respectively: r2, 0, = Arc sin = -0.386 where ri = 3,189mx, + ir = 4,29 rd; = Arc cos xcos0 ,, (0, = Arc sin z '= -0,247 rd with r2 = 4,298m and
LThe
y, (tg(a,) +tg(0,))+ 2 (tg(0,)-tg(0,)) x, = L tg(02) + tg(0) tg(02)-tg(0,) 2 _ (tg(0,)+tg(0,))+ 1 (tg(0,) tg(0,)) cDZ = Arccos r, x cos O2, D'une manière générale, les longueurs d'ondes des différents faisceaux lumineux décrits ci-dessus sont de préférence situées dans les infrarouges. y, (tg (a,) + tg (0,)) + 2 (tg (0,) - tg (0,)) x, = L tg (O2) + tg (0) tg (O2) -tg ( 0,) 2 - (tg (0,) + tg (0,)) + 1 (tg (0,) tg (0,)) cDZ = Arccos r, x cos O2, In general, the lengths d The waves of the different light beams described above are preferably located in the infrared range.
Pour augmenter la précision de la mesure, il est possible d'augmenter le nombre 5 de zones d'émission et de non-émission. To increase the accuracy of the measurement, it is possible to increase the number of emission and non-emission zones.
Dans le cas de dispositifs émissifs transportant de l'information, les faisceaux peuvent transporter de l'information, par exemple, par modulation d'amplitude. In the case of information-carrying emitting devices, the beams can carry information, for example, by amplitude modulation.
Le nombre de dispositifs émissifs peut être réduit à un ou deux, mais lorsqu'il y des zones d'ombres dues à la présence d'objet dans l'espace 108, il est préférable d'augmenter le nombre de dispositifs de détection. En outre, une augmentation du nombre de dispositifs de détection permet une redondance d'informations lors de la détection et donc une amélioration de la qualité de la détection. The number of emitting devices can be reduced to one or two, but when there are shadow areas due to the presence of objects in the space 108, it is preferable to increase the number of detection devices. In addition, an increase in the number of detection devices allows redundancy of information during the detection and thus an improvement in the quality of the detection.
Par exemple, il est préférable de définir l'espace 108 à l'aide d'au moins un troisième dispositif de détection dont la direction de détection privilégiée n'est, de préférence, pas parallèle aux directions de détection privilégiée des deux autres dispositifs de détection. Ce ou ces dispositifs de détection permettent alors de prendre le relais lorsque des zones d'ombres empêchent l'un des deux autres dispositifs de détection d'être en relation avec le dispositif émissif 102, mais ils permettent aussi de créer une redondance d'informations qui réduit l'incertitude des mesures. For example, it is preferable to define the space 108 using at least a third detection device whose preferred detection direction is preferably not parallel to the preferred detection directions of the two other devices of the invention. detection. This or these detection devices then make it possible to take over when shadows prevent one of the other two detection devices from being in relation with the emitting device 102, but they also make it possible to create a redundancy of information. which reduces the uncertainty of measurements.
Ainsi d'une manière générale, le système de traceur optique 100 prévu pour déterminer les coordonnées d'un objet dans un repère (O, X, Y, Z) comprend: - au moins un dispositif émissif 102 adapté à émettre, dans une direction donnée, au moins deux faisceaux lumineux de manière à ce que lesdits au moins deux faisceaux lumineux forment, dans ladite direction, un mot d'un code optique lié à ladite direction et où ledit mot dudit code optique résulte d'un multiplexage desdits au moins deux faisceaux lumineux; - au moins un dispositif de détection 114, 116 capable de déterminer chacun desdits faisceaux lumineux émis; - chaque dispositif émissif 102 étant fixé audit objet ou fixe dans ledit repère et 30 chaque dispositif de détection 114, 116 étant respectivement fixe dans ledit repère ou fixé audit objet; et -une unité de traitement 110 connectée audit ou à chaque dispositif de détection 114, 116 et adaptée à déterminer les coordonnées dudit objet dans le repère en +7r=3.322rd. Thus, in general, the optical tracer system 100 provided for determining the coordinates of an object in a reference (O, X, Y, Z) comprises: at least one emitting device 102 adapted to emit, in one direction given, at least two light beams so that said at least two light beams form, in said direction, a word of an optical code related to said direction and wherein said word of said optical code results from a multiplexing of said at least two light beams two light beams; at least one detection device 114, 116 capable of determining each of said emitted light beams; each emitting device 102 being fixed to said object or fixed in said mark and each detection device 114, 116 being respectively fixed in said mark or fixed to said object; and a processing unit 110 connected to said or each detection device 114, 116 and adapted to determine the coordinates of said object in the reference at + 7r = 3.322rd.
fonction desdits au moins deux faisceaux lumineux ainsi détectés par ledit ou chaque dispositif de détection 114, 116 et la connaissance dudit code optique. function of said at least two light beams thus detected by said or each detection device 114, 116 and the knowledge of said optical code.
Le multiplexage peut alors être un multiplexage en longueur d'onde, un multiplexage temporel ou une combinaison des deux. The multiplexing can then be a wavelength division multiplexing, a time division multiplexing or a combination of both.
L'utilisation de transmissions optiques entre chaque dispositif émissif 102, 104, 106 et les dispositifs de détection 114, 116 permet une grande rapidité d'acquisition de données par rapport aux systèmes d'acquisition magnétique et ultrasonique, ainsi qu'une immunité accrue lors de la présence d'élément perturbateur du genre élément métallique, source radio, lumière ambiante. The use of optical transmissions between each emitting device 102, 104, 106 and the detection devices 114, 116 allows a high speed of data acquisition compared to the magnetic and ultrasonic acquisition systems, as well as increased immunity during the presence of disturbing element of the kind metal element, radio source, ambient light.
Le multiplexage des faisceaux lumineux émis par chaque dispositif émissif permet une détermination précise de ses coordonnées et en particulier de sa position linéaire et/ou angulaire. The multiplexing of the light beams emitted by each emitting device allows an accurate determination of its coordinates and in particular of its linear and / or angular position.
Lorsque le dispositif émissif 102 est immobile, les valeurs des longueurs d'ondes détectées par chacun des dispositifs de détection 114, 116 restent inchangées, et lorsque le dispositif émissif 102 s'est déplacé, ces valeurs changent et la connaissance des nouvelles valeurs des longueurs d'ondes des faisceaux détectées combinées avec la connaissance du code optique permettent de déterminer la nouvelle position linéaire et/ou angulaire du dispositif émissif 102. Le calcul de la position et de l'inclinaison du système émissif 102 se fait donc directement et ce sont les coordonnées absolues qui sont ainsi définies. When the emitting device 102 is stationary, the values of the wavelengths detected by each of the detection devices 114, 116 remain unchanged, and when the emitting device 102 has moved, these values change and the knowledge of the new values of the lengths of the detected beams combined with the knowledge of the optical code make it possible to determine the new linear and / or angular position of the emitting device 102. The calculation of the position and the inclination of the emitting system 102 is therefore done directly and these are the absolute coordinates that are thus defined.
Pour éviter toute dispersion du signal véhiculé par les faisceaux lumineux entre le dispositif émissif 102 et chacun des dispositifs de détection 114 et 116, il est préférable que le chemin optique suivi par chaque faisceau soit un chemin optique direct, c'est-à-dire sans réflexion par exemple sur les parois constituant l'espace 108. To avoid any dispersion of the signal carried by the light beams between the emitting device 102 and each of the detection devices 114 and 116, it is preferable that the optical path followed by each beam is a direct optical path, that is to say without reflection for example on the walls constituting the space 108.
L'ampleur du traitement des données reçues est réduit par rapport aux systèmes de l'état de la technique puisque la connaissance des longueurs d'ondes des faisceaux et la connaissance du code optique permettent une détermination directe du positionnement du dispositif émissif dans l'espace par des calculs de géométrie et ne nécessite pas de traitement des données du 2D vers le 3D. The extent of the processing of the received data is reduced compared to the systems of the state of the art since the knowledge of the wavelengths of the beams and the knowledge of the optical code allow a direct determination of the positioning of the emitting device in the space by geometry calculations and does not require data processing from 2D to 3D.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Of course, the present invention is not limited to the examples and embodiments described and shown, but it is capable of many variants accessible to those skilled in the art.
Dans l'ensemble de la description, les dispositifs émissifs fixés à l'objet sont mobiles et les dispositifs de détection sont fixes, mais l'invention s'applique de la même manière lorsque les dispositifs de détection fixés à l'objet sont mobiles et les dispositifs émissifs fixes. Throughout the description, the emissive devices attached to the object are mobile and the detection devices are fixed, but the invention applies in the same way when the detection devices attached to the object are mobile and fixed emissive devices.
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