FR2939908A1 - Disposiitif et procede de balayage d'un objet par un faisceau - Google Patents

Abstract

Dispositif de balayage (1) par un faisceau fourni par une source de faisceau (3) pour balayer un objet (2) avec un faisceau actif (5) comprenant une installation de déflexion (6) pour guider et/ou former de manière active le faisceau (5) et/ou une source de faisceau de mesure (4) émettant un faisceau de mesure (12) dirigé au moins par intermittence sur l'objet. Une installation de réception (13) reçoit le faisceau de mesure (12) renvoyé par l'objet. Le faisceau de mesure (12) passe ou est dévié par l'installation de déflexion (6).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de balayage par un faisceau comprenant : - une source de faisceau actif pour balayer un objet avec un faisceau actif, - une installation de déflexion réalisée et/ou installée comme installation de guidage actif et/ou de formation active de faisceau actif, - une source de faisceau de mesure émettant un faisceau de mesure dirigé et/ou susceptible d'être dirigé au moins par intervalle sur l'objet, et - une installation de réception pour recevoir le faisceau de mesure renvoyé par l'objet. L'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif. Etat de la technique Les dispositifs de balayage par faisceau ou d'éclairage dirigeant un faisceau sur un objet, sont connus selon de multiples formes de réalisations et à des échelles multiples. C'est ainsi, que des dispositifs de balayage utilisent un faisceau laser pour lire le code barres d'une étiquette. Les dispositifs de balayage par faisceau sont également utilisés par exemple pour éclairer sélectivement un acteur sur une scène. D'autres domaines d'application des dispositifs de balayage par faisceau sont ceux de procédés d'usinage de matériaux consistant à diriger un faisceau laser pour modifier le matériau d'une pièce et à déplacer le faisceau sur la pièce. La commande du dispositif de balayage se fait dans certaines applications selon un schéma fixe, par exemple dans le cas du balayage en lecture d'une étiquette de code à barres ; dans d'autres applications, on utilise des procédés de mesure servant à détecter l'objet balayé ; le balayage par le dispositif, se fait alors par positionnement et commande en fonction de l'objet détecté. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un dispositif de balayage par faisceau du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que

2 le faisceau de mesure est guidé ou sera guidé par le dispositif de déflexion. L'invention concerne également un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le dispositif est réalisé pour balayer sélectivement un objet ou des zones partielles de celui-ci. Le dispositif de balayage selon l'invention comporte une source de faisceau actif pour balayer un objet. Dans son expression la plus générale, l'invention fournit un faisceau actif d'une longueur d'onde quelconque ou d'une plage de longueurs d'onde quelconque, d'une intensité ou d'une énergie quelconque et ainsi on aura n'importe quel type de rayonnement, notamment un faisceau optique. Le faisceau actif est de préférence un faisceau dirigé. Le dispositif de balayage comprend une installation de déflexion. L'installation de déflexion est réalisée comme installation active de guidage du faisceau et/ou de mise en forme du faisceau actif et/ou elle est prévue dans le dispositif de balayage. Dans sa forme d'unité active, l'installation de déflexion est notamment commandée par des signaux de commande et/ou de régulation et/ou elle peut être régulée pour modifier le parcours du faisceau actif. L'installation de déflexion peut, d'une part, modifier le guidage du faisceau, notamment la direction du faisceau et en variante ou en complément, elle peut également former le faisceau actif ; cette mise en forme concerne notamment l'intensité et/ou la phase du faisceau actif.

Comme autre composant, le dispositif de balayage comporte une source de faisceau de mesure permettant l'émission en particulier d'un faisceau optique de mesure dirigé au moins de temps en temps sur l'objet et/ou susceptible d'être dirigé sur l'objet. Le faisceau de mesure peut saisir l'objet par des mesures, notamment dans certaines conditions de fonctionnement. Pour la réception du faisceau de mesure renvoyé par l'objet et en particulier réfléchi par celui-ci, le dispositif de balayage comporte une installation de réception suivie en option d'un dispositif d'exploitation qui exploite le faisceau de mesure renvoyé puis reçu.

3 Dans le cadre de l'invention, il est proposé de guider le faisceau de mesure pour le faire passer sur l'installation de déflexion. Le dispositif de balayage est réalisé pour que le faisceau actif et le faisceau de mesure soient conduits simultanément et/ou successivement sur l'installation de déflexion commune, et notamment sur des éléments de déflexion communs de l'installation de déflexion. De manière préférentielle, le faisceau de mesure renvoyé et ensuite reçu, passe également sur l'installation de déflexion. Le dispositif de balayage selon l'invention a l'avantage que l'installation de déflexion est utilisée à la fois pour le faisceau actif et le faisceau de mesure. Il en résulte tout d'abord une réduction du nombre de composants optiques servant à dévier les faisceaux, car les éléments existants sont utilisés deux fois. Un autre avantage est que le faisceau actif et le faisceau de mesure, si les deux sont activés, sont synchronisés optiquement/mécaniquement l'un par rapport à l'autre et sont ainsi déviés en commun. Selon un développement préférentiel de l'invention, le faisceau actif et le faisceau de mesure sont guidés coaxialement, notamment en aval de l'installation de déflexion. La réunion du faisceau actif et du faisceau de mesure en amont de l'installation de déflexion, se fait par l'intermédiaire d'un diviseur de faisceau. Cela permet d'ajuster le faisceau de mesure et le faisceau actif sur le trajet en amont de l'installation de déflexion. Selon un développement préférentiel de l'invention, l'installation de réception détecte l'existence et/ou la distance de l'objet et/ou la réflectibilité de l'objet. Par cette détection d'existence, on détermine si l'objet se trouve dans le chemin du faisceau de mesure en renonçant toutefois à la mesure de distance. En revanche, en détectant la distance, on détecte également l'éloignement par rapport à un point de référence comme par exemple l'installation de déflexion vis-à-vis de l'objet. D'une manière particulièrement préférentielle, l'installation de réception convertit une mesure de temps de parcours et/ou une mesure de phase en une mesure de distance. La source de faisceau de mesure, l'installation de déflexion et l'installation de réception, constituent notamment un système de capteurs pour saisir le champ environnant

4 en particulier faire une saisie en trois dimensions 3D du champ environnant qui peut prendre l'image d'un objet en deux dimensions 2D ou en trois dimensions 3D, notamment un balayage en deux dimensions 2D avec une information de profondeur. La détection de la réflectibilité peut, par exemple, servir pour saisir un marquage linéaire effectué sur un objet et pour conduire le faisceau actif le long de ce marquage linéaire. Dans le cas d'un développement constructif préférentiel de l'invention, l'installation de déflexion est une unité fonctionnant par réflexion qui assure le guidage du faisceau ou la formation du faisceau de préférence exclusivement avec des éléments réfléchissants. Cette structure a l'avantage que différentes longueurs d'onde puissent être déviées au moins avec le même angle et que les distorsions chromatiques sont réduites au minimum. Dans d'autres modes de réalisation, on peut utiliser des éléments par transmission. De manière particulièrement préférentielle, l'installation de déflexion est une unité de balayage par exemple avec des miroirs de balayage, une optique adaptative, une optique permettant une variation commandée de la phase du faisceau ou une unité micro-électromécanique (MEMS), c'est- à-dire une combinaison d'éléments mécaniques et d'actionneurs installés sur un substrat qui effectue également la variation de la direction du faisceau et/ ou de la phase du rayonnement. D'une manière particulièrement préférentielle, le faisceau actif et/ou le faisceau de mesure se présentent sous la forme d'un émetteur de faisceau ponctuel. On considère que le faisceau est un faisceau ponctuel si celui-ci a un angle d'ouverture totale maximum inférieur à 20° et de préférence inférieur à 10° et notamment inférieur à 5°. L'angle d'ouverture totale se mesure par exemple sur la demi-longueur d'onde (seuil FWHM). De manière préférentielle, les faisceaux ont un tracé parallèle. Dans le but d'effectuer la mesure de l'objet d'une manière imperceptible ou sans être perturbée par d'autres rayonnements, il est avantageux le faisceau de mesure se fasse dans une zone non visible. Il est possible pour cela, de décaler le rayonnement de mesure dans la plage UV, dans la plage NIR, IR ou FIR. On dégage par exemple la plage visible de 400-750 nm. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le faisceau actif sert à éclairer l'objet. L'éclairage est dimensionné pour 5 que selon une première alternative, l'objet soit reconnaissable par l'oeil humain. Selon une seconde alternative, l'éclairage est tel que l'objet n'est perçu que par un capteur artificiel par exemple une caméra. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le faisceau actif est réalisé pour usiner, en particulier pour modifier l'objet de préférence sous la forme d'un laser. Le faisceau actif peut être un faisceau laser permettant de chauffer localement l'objet de plus de 10°C, notamment pour le couper, le revêtir ou le faire fondre. L'usinage de l'objet peut se faire par éclairage et l'objet sera par exemple éclairé par un faisceau UV constituant le faisceau actif, pour produire une réaction photochimique. En particulier, le rayonnement actif a une puissance supérieure à 100 Watts et/ou une énergie impulsionnelle de plus de 1 J. De façon préférentielle, le dispositif de balayage comporte une installation de commande agissant sur l'installation de déflexion, la source de faisceau actif et la source de faisceau de mesure et/ou l'installation de réception pour en effectuer la lecture et pour exécuter le procédé tel que défini ultérieurement. De manière préférentielle, l'installation de commande conduit le faisceau actif et/ ou le faisceau de mesure pour balayer et/ou écrire.

L'invention concerne également un procédé de balayage d'un objet avec un dispositif de balayage tel que décrit ci-dessus selon lequel, l'objet est balayé sélectivement par le faisceau actif. L'expression "balayage par faisceau actif' selon la présente invention, signifie que le balayage est limité à des zones objet, c'est-à-dire des zones partielles de l'objet ou l'objet même. En particulier, les zones objet sont sélectionnées pour le rayonnement sélectif sur la base des valeurs de mesure de l'installation de réception par l'installation de commande. Selon un mode de réalisation possible, l'installation de commande est utilisée pour reconnaître l'objet en s'appuyant sur les valeurs de mesure fournies par l'installation de réception. Par exemple,

6 à partir du rayonnement de mesure envoyé par l'objet, on pourra construire une image en trois dimensions (3D) de l'objet et reconnaître celui-ci de manière automatique par des procédés de traitement numérique d'image et/ou le classée. En fonction des résultats de la reconnaissance, on pourra faire l'éclairage sélectif de l'objet reconnu et/ou des zones partielles de l'objet. Selon un développement préférentiel de l'invention, le faisceau de mesure et le faisceau actif sont activés au choix, en commun ou en alternance. Cela se traduit par différentes possibilités de fonctionnement de l'installation d'éclairage également utilisable de manière mélangée. Selon un premier mode de fonctionnement, le faisceau actif et le faisceau de mesure sont toujours activés en commun ; la mesure de l'objet et son balayage se font simultanément.

Selon un second mode de fonctionnement, le faisceau actif et le faisceau de mesure sont activés de manière à se chevaucher dans le temps ; le faisceau actif est activé dans toutes les directions de l'espace dans lesquelles se trouvent des parties de l'objet qu'il faut éclairer. Le faisceau de mesure est en revanche activé dans la direction de l'objet dans laquelle, il n'y a pas d'objet et/ou le rayonnement actif a été désactivé de sorte qu'il y aura une détection non éclairée. Selon un troisième mode de réalisation, le faisceau actif et le faisceau de mesure sont mis en oeuvre en alternance de façon à ne pas se chevaucher dans le temps pour éviter les interactions et les perturbations. D'une manière particulièrement préférentielle, le dispositif de balayage est conçu pour écrire et/ou détecter un faisceau. C'est ainsi que par exemple, le dispositif d'éclairage peut conduire les faisceaux ligne par ligne et/ ou en matrice dans le sens de l'écriture à l'aide de l'installation de déflexion. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels :

7 - la figure 1 est un schéma par blocs d'un dispositif de balayage par un faisceau lumineux correspondant à un exemple de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique de la matrice donnant le résultat du balayage par le dispositif de la figure 1.

Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement un dispositif de balayage par un faisceau lumineux 1 pour balayer sélectivement un objet 2 avec un faisceau. Le dispositif de balayage 1 comprend une source de faisceau actif 3 qui émet un faisceau actif d'une première longueur d'onde ou encore une source de faisceau de mesure 4 pour émettre un faisceau de mesure d'une seconde longueur d'onde. La première et la seconde longueurs d'onde sont différentes. A la place d'une longueur d'onde, il peut également avoir une plage de longueurs d'onde et dans ce cas, les plages ne se chevauchent pas.

La source de faisceau actif 3 émet un faisceau actif 5 dévié dans l'espace par une installation de déflexion 6. L'installation de déflexion 6 est réalisée pour un travail de balayage, en particulier dans le sens de l'écriture et/ ou de la détection, par le faisceau actif 5. Cela permet d'éclairer l'objet 2 par exemple par lignes et par colonnes. On envisage une déflexion angulaire comme celle représentée à la figure 1, mais dans des variantes de réalisation, il peut également s'agir d'un déplacement parallèle du faisceau actif 5. La figure 2 montre à titre d'exemple une matrice 7 avec des points de matrice 8. Le dispositif de déflexion 6 est réalisé pour émettre un faisceau qui balaye suivant les lignes 9 et les colonnes 10. En retour à la figure 1, dans le chemin du faisceau actif 5 devant l'installation de déflexion 6, il y a un élément de couplage 11, notamment sous la forme d'un diviseur de faisceau. L'élément de couplage 11 injecte un faisceau de mesure 12 de la source de faisceau de mesure 4 coaxialement dans le chemin du faisceau actif 5 de sorte que le faisceau de mesure 12 et le faisceau actif 5 dans la mesure où les deux sont activés simultanément, seront déviés de la même manière par le dispositif de déflexion 6.

8 Le dispositif d'émission de faisceau 1 comprend en outre une installation de réception 13 réalisée et/ ou installée pour recevoir le faisceau de mesure 12 réfléchi ou renvoyé par l'objet 2. Dans l'exemple de réalisation présenté, l'installation de réception 13 a un second élément de couplage 14 également réalisé sous la forme d'un diviseur de faisceau. La source de faisceau de mesure 4, l'installation de déflexion 6 et l'installation de réception 13, constituent un capteur 15 pour détecter l'objet 2. Le capteur 15 peut être un capteur à deux dimensions (capteur 2D) qui analyse le champ de mesure formé par la matrice 7 pour détecter simplement l'existence de l'objet 2. Il peut également s'agir d'un capteur à trois dimensions (capteur 3D) qui, après détection du champ de mesure ou de la matrice 7, génère une information de l'objet en trois dimensions. Une installation de commande 16 contrôle le dispositif de balayage par faisceau 1 recevant comme grandeurs d'entrée, les signaux de mesure ou les signaux de mesure traités, fournis par le capteur 15 ; cette installation de commande fournit comme grandeurs de sortie, des signaux de commande appliqués à l'installation de déflexion 6, à la source de faisceau de mesure 4 et à la source de faisceau actif 3 comme composants du dispositif de balayage par faisceau 1. Fonctionnellement, le faisceau de mesure 12 est couplé (ou injecté) coaxialement dans le faisceau actif 5 ; les deux faisceaux sont déviés par l'installation de déflexion 6 pour détecter la matrice 7 et décrire ainsi un champ actif ou champ de mesure dans l'environnement. Les composants réfléchis du faisceau de mesure 12 qui reviennent par l'installation de déflexion 6, permettent à l'installation de réception 13 d'obtenir pour chaque point 8 de la matrice 7, une information d'objet : son existence ou non ou une valeur d'éloignement ou une valeur de réflectibilité. L'installation de commande 16 est réalisée pour qu'à partir de telles valeurs de mesure ou valeurs de mesure déduites, elle puisse reconnaître un objet, par exemple en comparant la structure détectée 17 (figure 2) à des objets de référence, mémorisés préalablement. Selon un premier mode de fonctionnement, l'installation de commande 16, commande les composants pour détecter l'éclairage

9 de l'objet 2 par le faisceau actif et le faisceau de mesure, seulement dans le cadre de la structure 17 détectée et/ou reconnue. Le faisceau actif 5 et le faisceau de mesure 12 sont activés simultanément dans ce mode de fonctionnement. L'installation de commande 16 effectue, le cas échéant, une poursuite d'objet de sorte que l'objet 2 ou la structure 17 seront toujours éclairés ou mesurés dans une position correcte. Selon un second mode de fonctionnement, on balaye toujours complètement la matrice 7 comme champ de mesure avec le faisceau de mesure 12 ; le faisceau actif 5 ne sera activé sélectivement que dans la zone de la structure reconnue 17. Dans ce mode de réalisation, après chaque passage de la matrice 7, on peu constater une nouvelle position de la structure 17 et ainsi de l'objet 2 et au passage suivant, l'objet 2 sera de nouveau éclairé dans une position correcte. Selon un troisième mode de fonctionnement, on active en alternance le faisceau de mesure 12 et le faisceau actif 5 pour éviter toute interaction. Les domaines d'application possibles du dispositif d'éclairage par faisceau 1 sont les suivants : - Un éclairage sélectif d'un scénario de préférence avec des objets mobiles, par exemple sur une scène ; le dispositif d'éclairage 1 est transformé en un éclairage ponctuel asservi automatiquement pour éclairer un objet mobile, notamment un acteur. - Des dispositifs de surveillance, par exemple des applications de sécurité. Le dispositif d'éclairage 1 peut détecter un objet caractéristique à l'aide du capteur 15 et l'éclairer sélectivement. Comme dans tous les modes de réalisation, il est possible en principe, de faire une poursuite d'objet. - Selon d'autres domaines d'application, le faisceau actif 5 peut travailler par exemple avec de la lumière ultraviolette UV. - A côté de l'éclairage sélectif de l'objet 2, on peut également envisager une élimination sélective de parties de l'objet 2 par exemple pour éviter l'effet des yeux rouges de la photographie par flash, en n'éclairant pas de manière sélective les pupilles ou pour des effets spéciaux pour l'éclairage scénique.

10 - Un avantage possible de l'invention réside dans sa possibilité d'économie d'énergie car, par exemple, pour les applications de sécurité, il n'est plus nécessaire d'éclairer l'ensemble d'une scène mais seulement les objets classés comme caractéristiques. - Un autre domaine d'application est celui de l'utilisation du dispositif d'éclairage 1 pour éclairer des situations à risque dans des systèmes d'assistance de conduite, pour éclairer sélectivement des objets mobiles, par exemple des piétons sur une chaussée. - D'autres domaines d'application concernent l'usinage des matériaux par un faisceau selon lequel, le dispositif de balayage 1 permet le contrôle en temps réel de la phase d'usinage du matériau. Ce domaine d'application s'utilise avantageusement pour des matériaux non homogènes où il faut une régulation ajustée de l'intensité dans des domaines dans lesquels le faisceau a une efficacité variable. - Le dispositif de balayage par faisceau 1 peut également s'utiliser pour le traitement de matériau par exemple pour la gravure par laser sur des objets en mouvement tels que par exemple l'usinage du matériau dans une production continue avec défilement en continu. - Le dispositif de balayage par faisceau 1 permet également une comparaison entre un élément réel et un élément de consigne d'une forme à fabriquer, en temps réel, avec traitement de la matière. - Dans le cas d'applications de matière comme par exemple d'une imprimante ou par le soudage en recharge, le dispositif de balayage 1 peut s'utiliser pour vérifier en ligne et/ou en temps réel une recharge de matière et le cas échéant, permettre un asservissement ou une commande.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 °) Dispositif (1) de balayage par un faisceau comprenant : - une source de faisceau actif (3) pour balayer un objet (2) avec un faisceau actif (5), - une installation de déflexion (6) réalisée et/ou installée comme installation de guidage actif et/ ou de formation active de faisceau actif (5), - une source de faisceau de mesure (4) émettant un faisceau de mesure (12) dirigé et/ou susceptible d'être dirigé au moins par intermittence sur l'objet, et - une installation de réception (13) pour recevoir le faisceau de mesure (12) renvoyé par l'objet, caractérisé en ce que le faisceau de mesure (12) est ou sera guidé par le dispositif de déflexion (6) 2°) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau actif (5) et le faisceau de mesure (12) sont guidés coaxialement, notamment en aval de l'installation de déflexion (6). 3°) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation de réception (13) détecte l'existence et/ou la distance de l'objet (2) ou effectue une mesure de temps de parcours et/ou une mesure de phase pour mesurer la distance. 4°) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation de déflexion (6) est une unité de balayage, une optique adaptative ou une unité micro-électromécanique (MEMS). 5°) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que 13 le faisceau actif (5) et/ou le faisceau de mesure (12) est ou sont réalisé(s) sous la forme d'un faisceau ponctuel. 6°) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de mesure (12) se situe dans une plage de longueurs d'onde non visible. 7°) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau actif (5) éclaire l'objet (2) ou usine l'objet (2). 8°) Procédé de balayage d'un objet par un dispositif selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif (1) est réalisé pour balayer sélectivement un objet (2) ou des zones partielles de celui-ci de manière sélective. 9°) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'installation de commande (16) est réalisée pour reconnaître et/ ou poursuivre un objet sur le fondement des valeurs de mesure fournies par l'installation de réception (13). 10°) Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le faisceau de mesure (12) et le faisceau actif (5) sont activés en commun ou en alternance. 35