FR2950444A1 - Procede de mise au point automatique d'un systeme optique sans deplacement d'aucun sous ensemble optomecanique et appareil de vision le mettant en oeuvre - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de mise au point automatique d'un système de vision dans une plage très large, ainsi qu'un appareil de vision électronique mettant en oeuvre ce procédé et permettant la saisie d'une image nette de tout objet de faible relief placé à l'intérieur de cette plage. Le champ d'application est celui de la vision électronique industrielle. Les dispositifs actuels de mise au point des appareils de vision électronique industrielle comportent une ou plusieurs parties mobiles, généralement motorisées et donc lentes et coûteuses. Un objectif de l'invention est de proposer un procédé de mise au point automatique ne nécessitant le déplacement matériel d'aucun sous-ensemble optomécanique. L'invention repose sur l'utilisation d'un système optique d'observation présentant un chromatisme axial étendu. Un tel système forme sur un plan fixe l'image d'un plan objet dont la position dépend de la longueur d'onde du faisceau d'illumination. Lorsque la longueur d'onde centrale du faisceau d'illumination varie dans une plage spectrale donnée, la position du plan de meilleure mise au point varie le long de l'axe optique entre deux positions extrêmes. En combinant un tel système optique avec un faisceau d'illumination de faible largeur spectrale et dont la longueur d'onde centrale est réglable, on obtient un appareil de vision dont la position du plan de mise au point peut être modifiée sans aucune partie mobile.

Description

La présente invention concerne un procédé de mise au point automatique d'un système optique de vision dans une plage très large comparée à la profondeur de champ de ce système, ainsi qu'un appareil de vision électronique mettant en oeuvre ce procédé et permettant la saisie d'une image parfaitement nette de tout objet de faible relief placé à une position quelconque à l'intérieur de cette très large plage de mise au point, sans qu'il soit nécessaire de déplacer physiquement ni l'objet observé, ni aucun sous-ensemble optomécanique. Le champ d'application de l'invention est celui de la vision électronique industrielle. Les appareils de vision électronique industrielle actuels comportent un ou plusieurs objectifs d'imagerie, incluant parfois un zoom, destinés) à former l'image de tout ou partie de la surface de l'objet observé sur un détecteur photoélectrique matriciel. L'image est ensuite numérisée puis traitée par des moyens de calcul informatiques dans le but d'en extraire toutes les informations utiles concernant la forme et/ou les contours et/ou la microtopographie de la zone observée. A titre d'exemple, des appareils de vision électronique industrielle munis de moyens puissants de traitement d'image sont couramment utilisés pour relever les côtes de l'objet observé puis de les comparer automatiquement aux plans de fabrication conçus en CAO. Une limitation importante des objectifs d'imagerie utilisés dans les appareils de vision électronique industrielle est leur faible profondeur de champ, due à la grande résolution latérale nécessaire pour ce type d'applications. Cette limitation, particulièrement sévère pour les objectifs de microscope de grandissement élevé, est généralement incompatible avec l'incertitude observée sur le positionnement axial de l'objet dans les machines de contrôle automatique. Un dispositif spécifique destiné à la mise au point automatique est alors indispensable au bon fonctionnement de l'appareil de vision électronique.

Les dispositifs automatiques de mise au point doivent accomplir deux opérations complémentaires qui sont, respectivement, le déplacement du plan de mise au point de l'appareil de vision le long de l'axe optique de ce dernier, et l'identification automatique de la position optimale de ce plan. La première opération consiste à modifier, continûment ou par incréments, la distance séparant l'objet observé de l'objectif d'imagerie de l'appareil de vision afin de rechercher le plan de meilleure mise au point. Dans les appareils de vision électronique connus cette opération nécessite inéluctablement de disposer d'un sous-ensemble optomécanique mobile, généralement motorisé, donc lent, coûteux et fragile. -2- La deuxième opération consiste à identifier le plan optimal de mise au point lorsque l'objet s'y trouve ou, dans une autre version, de prévoir le sens et l'étendue du déplacement nécessaire pour placer l'objet dans ce plan en partant d'une position initiale quelconque. Les méthodes permettant d'accomplir cette opération d'identification peuvent être classées en deux catégories: (i) les méthodes utilisant le traitement d'image, généralement basées sur la caractéristique principale de « l'image nette » à savoir, le fait que les détails et notamment les bords apparaissent avec un contraste élevé, (ii) les méthodes utilisant un capteur de distance sans contact, pouvant être optique, capacitif ou inductif, pour déterminer la position axiale instantanée de l'objet.

Un premier objectif de l'invention est de surmonter les inconvénients et limitations de l'art antérieur, et notamment de proposer un procédé de mise au point automatique d'un appareil de vision électronique ne nécessitant le déplacement matériel d'aucun sous-ensemble optomécanique. Ce procédé consiste à : - Former l'image de tout ou partie de la surface d'un objet sur un plan fixe au moyen d'un système d'observation présentant un chromatisme axial contrôlé et étendu dans une plage donnée de longueurs d'ondes, lequel objet étant placé à l'intérieur du volume couvert par ledit chromatisme axial et étant éclairé par un faisceau lumineux de faible largeur spectrale et dont la longueur d'onde centrale est ajustable dans ladite plage de longueurs d'ondes, - Capter l'image et la numériser, - Identifier la longueur d'onde optimale Xo pour laquelle l'image est parfaitement au point, - Ajuster la longueur d'onde centrale du faisceau d'illumination à cette longueur d'onde optimale. L'invention repose sur l'utilisation d'un système optique d'observation présentant intentionnellement un chromatisme axial étendu. Une propriété importante d'un tel système optique est sa capacité, lorsque le faisceau d'illumination est de faible largeur spectrale, de former l'image d'un plan objet dont la position axiale dépend de la longueur d'onde, sur un plan image fixe. Lorsque la longueur d'onde centrale du faisceau d'illumination varie dans une plage spectrale donnée, la position du plan de meilleure mise au point (plan optiquement conjugué, pour une longueur d'onde donnée, au plan image fixe) varie le long de l'axe optique entre deux positions extrêmes Ztt,;,, et Z. .

En combinant un tel système optique d'observation et un éclairage par un faisceau lumineux de faible largeur spectrale et dont la longueur d'onde centrale est réglable, on obtient un appareil de vision dont la position du plan de mise au point peut être modifiée sans aucune partie mobile.

Le système optique d'observation doit être conçu de façon à ce que la relation entre la longueur d'onde et la position du plan de mise au point soit monotone dans la plage utile de longueurs d'ondes, et la distance séparant les deux positions extrêmes Zm;n et Zmax de ce plan soit nettement supérieure à la profondeur de champ intrinsèque du système. Les outils actuels de conception de systèmes optiques permettent à l'Homme de l'Art de contrôler le chromatisme axial du système optique d'observation afin de parvenir à ces buts et, en même temps, d'éliminer ou de réduire suffisamment l'ensemble des aberrations optiques géométriques de ce système d'observation de façon à ce que, pour chaque longueur d'onde, l'image formée par ce système d'observation soit de très bonne qualité. Il résulte de ladite relation monotone entre la longueur d'onde et la position du plan de meilleure mise au point que pour chaque position Zo sur l'axe optique comprise entre les positions extrêmes Zmin et Zmax il existe une longueur d'onde unique T,o dans ladite plage spectrale pour laquelle le plan de meilleure mise au point du système optique d'observation est localisé à Zo. Ainsi, lorsqu'un objet de faible relief est placé sur l'axe optique en une position Zo quelconque entre les positions extrêmes Z,, , et Zn., il existe une longueur d'onde optimale Xo dans la plage spectrale pour laquelle l'objet est parfaitement au point. Si la longueur d'onde centrale du faisceau d'illumination est réglée à cette longueur d'onde optimale, alors l'image formée par le système d'observation sur le plan image fixe sera nette, sinon cette image sera floue. Les outils électroniques et informatiques actuels de traitement d'image, et notamment ceux destinés aux dispositifs de mise au point automatique des appareils de vision électronique industrielle existants, permettent à l'Homme de l'Art de déterminer automatiquement la (les) position(s) optimale(s) de l'objectif (des objectifs) constituant le système optique d'observation correspondant à une mise au point parfaite, à partir d'un petit nombre d'images floues obtenues à des positions connues. Si la relation X=f(Z) entre la longueur d'onde X et la position du plan de mise au point Z est connue grâce à un calibrage préalable, ces mêmes outils permettent de déterminer la longueur d'onde optimale a,o à partir d'un petit nombre d'images obtenues avec des longueurs d'onde connues. Il suffit alors 2950444 -4- d'ajuster la longueur d'onde centrale du faisceau d'illumination à cette valeur pour obtenir une image parfaitement nette de l'objet étudié sans besoin de déplacer ni l'objet, ni aucune pièce optique ou mécanique dudit système d'observation. Une autre méthode pour identifier la longueur d'onde optimale 4 consiste à mesurer 5 la position de l'objet à l'aide d'un ou plusieurs capteurs de distance sans contact, et à déterminer la longueur d'onde optimale à partir d'une courbe de calibrage 2=f(Z) préalablement enregistrée. De préférence la largeur spectrale du faisceau d'illumination sera choisie de façon que la profondeur de champ chromatique (en d'autres termes l'étendue axiale correspondant à la 10 largeur de la bande spectrale étroite instantanée du faisceau d'illumination) soit ajustée à la profondeur de champ intrinsèque du système optique d'observation, laquelle dépend, entre autres, de l'ouverture numérique de ce système optique. Ainsi, dans le cas où le système optique d'observation comporte un moyen destiné à faire varier son ouverture numérique, tel que par exemple une pupille de diamètre variable, le dispositif de sélection spectrale 15 permet d'ajuster la largeur spectrale du faisceau d'illumination de façon à conserver l'égalité entre la profondeur de champ chromatique et la profondeur de champ intrinsèque du système optique d'observation. Alternativement, il est possible d'ajuster la largeur spectrale M. de façon à compenser au moins partiellement les variations de l'efficacité photométrique du système en fonction 20 de la longueur d'onde. De préférence le système optique d'observation sera conçu de façon que la résolution latérale de l'appareil de vision électronique, résultant de la combinaison de la diffraction et du grandissement optique, varie le moins possible dans toute la plage de mise au point. L'Homme de l'Art peut parvenir à cette fin en compensant la variation du grandissement du 25 système d'observation en fonction de la position axiale de l'objet par la variation opposée de la taille de la tache de diffraction en fonction de la longueur d'onde, de façon à réduire l'amplitude de variation de la taille du point d'analyse sur la surface de l'objet dans la plage spectrale. Un deuxième objectif de l'invention est de proposer un appareil de vision électronique 30 mettant en oeuvre ledit procédé.

Cet appareil comporte : Un bloc source capable de délivrer un faisceau lumineux de faible largeur spectrale et dont la longueur d'onde centrale est ajustable dans une plage déterminée de longueurs d'ondes, Un dispositif d'illumination, Un système optique d'observation présentant un chromatisme axial contrôlé et étendu pour ladite plage déterminée de longueurs d'ondes, tout en étant bien corrigé, selon les règles de l'art, pour l'ensemble des aberrations optiques géométriques, Un sous-ensemble d'acquisition et d'analyse. A titre d'exemple, le bloc source peut être constitué d'une source lumineuse polychromatique à large spectre et d'un dispositif de sélection spectrale permettant de sélectionner dans le spectre de la source lumineuse une bande spectrale étroite dont la longueur d'onde centrale est ajustable par pilotage automatique. De préférence la largeur spectrale du faisceau lumineux de faible largeur spectrale peut être sélectionnée indépendamment de la longueur d'onde centrale, par exemple par l'ajustement de la largeur de la fente de sortie dudit monochromateur. Le dispositif d'illumination est constitué des moyens de transport et de mise en forme du faisceau lumineux de faible largeur spectrale afin d'éclairer la zone utile de l'objet observé selon les règles de l'art. Le système d'observation est constitué d'un ou plusieurs objectifs, dont un au moins est doté de chromatisme axial contrôlé et étendu pour ladite plage déterminée de longueurs d'ondes. La relation entre la longueur d'onde et la position du plan de mise au point du système d'observation est monotone dans ladite plage de longueurs d'ondes.

Le sous-ensemble d'acquisition et d'analyse est constitué de (i) un détecteur photoélectrique matriciel placé dans le plan image fixe dudit système optique d'observation, (ii) des moyens électroniques et informatiques permettant de numériser, enregistrer, traiter et visualiser l'image et d'en extraire en temps réel les informations recherchées, et notamment la longueur d'onde optimale X0 correspondant à la position axiale de l'objet au moment de la numérisation de l'image, (iii) des moyens électroniques et informatiques permettant de piloter le dispositif de sélection spectrale du bloc source.

L'appareil de vision électronique proposé est utilisé pour observer tout ou partie de la surface d'un objet, de relief faible, inférieur ou égal à la profondeur de champ monochromatique intrinsèque du système optique d'observation. Le dispositif d'illumination projette le faisceau de faible largeur spectrale issu du bloc source sur la surface de l'objet et le système optique d'observation forme l'image de la région à visualiser sur le détecteur photoélectrique matriciel. Les moyens électroniques et informatiques du sous-ensemble d'acquisition et d'analyse numérisent l'image, déterminent la longueur d'onde optimale X0 par l'une des méthodes décrites plus haut et pilotent le dispositif de sélection spectrale du bloc source pour ajuster la longueur d'onde centrale et, de préférence, la largeur spectrale du faisceau d'illumination. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux figures annexées, lesquelles illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention. Les figures 1 a, lb & 1c illustrent schématiquement 3 premiers modes préférentiels de réalisation de l'appareil de vision électronique selon l'invention, correspondant, respectivement, à 3 configurations optogéométriques différentes du dispositif d'illumination (i) illumination « oblique », (ii) illumination « annulaire » (iii) illumination "intégrée" à l'optique d'observation et traversant tout ou partie de celle-ci. Pour ces 3 figures la configuration optogéométrique du système optique d'observation est la même : configuration dite de type « divergent ». Les figures 2a, 2b & 2c illustrent schématiquement 3 autres modes préférentiels de réalisation de l'appareil de vision électronique selon l'invention, correspondant, respectivement, aux 3 mêmes configurations optogéométriques du dispositif d'illumination, mais avec une configuration optogéométrique différente du système optique d'observation : configuration dite de type « afocal ». Les figures 3a & 3b illustrent schématiquement 2 autres modes préférentiels de réalisation de l'appareil de vision électronique selon l'invention, caractérisés principalement par l'adjonction d'un capteur de distance destiné à l'identification du plan de meilleure mise au point. Dans la figure 3a le capteur de distance est placé à coté du système d'observation, dans la figure 3b ce capteur est « intégré », c'est-à-dire, il mesure à travers le système optique d'observation. 2950444 -7- La figure 4 illustre schématiquement le spectre de la source lumineuse et la bande spectrale étroite sélectionnée par le dispositif de sélection pour un réglage quelconque de celui-ci, La figure 5 illustre schématiquement les différentes positions du plan de meilleure 5 mise au point du système optique d'observation pour différentes longueurs d'onde et sa profondeur de champ chromatique. La figure 6 illustre schématiquement la variation du grandissement et de la taille du spot en fonction de la position axiale de l'objet. Dans un premier mode préférentiel de réalisation illustré par la figure la, l'appareil de 10 vision électronique comporte une source lumineuse poly-chromatique 11 telle qu'une lampe à incandescence, une lampe à arc, ou encore une ou plusieurs diodes électroluminescentes dont le spectre (ou les spectres combinés) couvre(nt) toute la plage spectrale utile de l'appareil. L'appareil comporte également un dispositif à sélection spectrale 12 tel qu'un monochromateur ou un filtre interférentiel variable, permettant de sélectionner une bande 15 spectrale étroite dans le spectre de la source lumineuse. La source lumineuse 11 et le dispositif à sélection spectrale 12 constituent ensemble le bloc source 10 de l'appareil. Le dispositif d'illumination 20, dont le rôle est d'éclairer la surface utile de l'objet 30 quelle que soit la position de ce dernier entre les positions extrêmes Zm;,, et Zm, est constitué dans le mode de réalisation illustré par la figure la d'une ou plusieurs fibres 20 optiques 21 lesquelles dirigent le faisceau délivré par le dispositif à sélection spectrale 12 vers une ou plusieurs optiques relais 22 qui projettent ledit faisceau sur la surface utile de l'objet 30. Le système optique d'observation 40, présentant un chromatisme axial contrôlé et étendu dans la plage spectrale utile de l'appareil, est constitué, dans le mode de réalisation 25 illustré par la figure la, d'un seul objectif chromatique 41. Le plan image fixe de l'objectif 41 est localisé à la position Zim sur l'axe optique 43, et la position du plan objet optiquement conjugué du plan Zim varie en fonction de la longueur d'onde entre les positions extrêmes Zm;,, et Z. sur ce même axe. De préférence, l'objectif 41 est corrigé selon les règles de l'Art pour les aberrations géométriques, notamment l'aberration sphérique, la coma et 30 l'astigmatisme. L'objectif 41 possède une pupille 42 de diamètre fixe ou variable, définissant, avec d'autres paramètres, l'ouverture numérique de cet objectif et, par là même, sa profondeur de champ intrinsèque. 2950444 -8- La configuration optogéométrique du dispositif d'illumination illustré par la figure 1 a est du type "oblique" : son axe optique 23 est incliné par rapport à l'axe optique 43 du système d'observation 40, et le faisceau d'illumination ne traverse aucun élément optique du système d'observation 40.

5 Le sous ensemble d'acquisition et d'analyse 50 est composé, dans le mode de réalisation illustré par la figure la, d'un détecteur photoélectrique matriciel 51, tel qu'une matrice CCD ou CMOS, placé dans le plan image fixe de l'objectif 41, et d'un ensemble 52 de moyens électroniques et informatiques destinés à numériser, traiter, enregistrer et visualiser l'image, comprenant, à titre d'exemple, un ordinateur, une carte de numérisation 10 et un logiciel d'acquisition et de traitement d'image du type généralement utilisé dans les appareils de vision électronique industrielle connus. En particulier, le moyen de traitement d'image compris dans l'ensemble 52 est chargé de tout ou partie des fonctions suivantes : L'identification du degré de netteté de l'image entière ou d'une zone déterminée de l'image, 15 La détermination, à partir d'un petit nombre d'images prises avec des longueurs d'ondes connues, de la longueur d'onde pour laquelle l'image sera nette, ou du moins la détermination du sens de modification de la longueur d'onde sélectionnée par le dispositif à sélection spectrale 12 permettant d'augmenter le degré de netteté de l'image. L'ensemble 52 des moyens électroniques et informatiques comprend également des 20 moyens permettant de commander automatiquement la longueur d'onde sélectionnée par le dispositif à sélection spectrale 12 afin d'automatiser le procédé décrit ci-dessus. Ces moyens sont représentés dans la figure 1 a par la liaison 53. La figure lb illustre une autre configuration optogéométrique d'illumination, dite de type « annulaire», destinée à améliorer l'uniformité de l'éclairage de la surface à observer 25 30. Dans le mode préférentiel de réalisation de l'appareil de vision électronique selon l'invention illustré par la figure lb, le dispositif d'illumination est constitué d'un ensemble 24 de fibres 21 organisées en toron du coté source lumineuse. Les extrémités de sortie des fibres 21 sont uniformément réparties sur le pourtour de l'objectif chromatique 41, et leurs optiques relais 22 respectives permettent d'orienter l'ensemble des pinceaux élémentaires 30 issus de chaque fibre vers la surface à observer. Les axes optiques élémentaires 23 sont inclinés par rapport à l'axe optique 43 du système d'observation 40. Les faisceaux élémentaires d'illumination ne traversent pas l'optique d'observation 40. Le bloc source 10, 2950444 -9- le système d'observation 40 et le sous-ensemble d'acquisition et d'analyse 50 sont identiques à ceux de la figure 1 a. Dans un autre mode préférentiel de réalisation de l'appareil de vision selon l'invention, illustré par la figure 1c, le dispositif d'illumination 20 éclaire l'objet à travers 5 l'objectif chromatique 41. L'axe optique 23 du dispositif d'illumination et l'axe optique 43 de l'objectif 41 se superposent. Cette superposition est réalisée par des moyens appropriés de combinaison des pinceaux lumineux 25, tel qu'un miroir (ou un cube) semi réfléchissant. Sur la partie de trajet commun, le faisceau d'illumination est ainsi identique au faisceau d'observation. Pour cette configuration optogéométrique d'illumination compacte, dite de 10 type «voie d'illumination intégrée », l'axe d'illumination 23 est normal à la surface à observer 30, permettant ainsi de réduire les effets d'ombres portées induites par les discontinuités surfaciques. Dans un autre mode préférentiel de réalisation (non illustré) de l'appareil de vision selon l'invention, destiné aux objets au moins partiellement transparents, le dispositif 15 d'illumination 20 éclaire l'objet en transmission, par sa face arrière. Dans cette configuration optogéométrique d'illumination, dite de type «trans-illumination », le dispositif d'illumination 20 et le système d'observation 40 sont situés de part et d'autre de l'objet et leurs axes optiques respectifs peuvent être colinéaires ou non. La figure 2a illustre un autre mode préférentiel de réalisation de l'appareil de vision 20 selon l'invention, caractérisé en ce que le système optique d'observation 40 est constitué de deux objectifs 45 et 46 disposés selon une configuration optogéométrique dite « afocale ». L'un au moins de ces objectifs est doté de chromatisme axial contrôlé et étendu. A titre d'exemple, l'objectif frontal 45 peut être chromatique, tandis que l'objectif arrière 46 est achromatique, c'est-à-dire, idéalement corrigé de tout chromatisme tant longitudinal que 25 latéral. L'avantage majeur de la configuration « afocale » est de produire un appareil de vision dont le grandissement peut être considéré comme étant constant pour toute la plage spectrale utile d'illumination. Par ailleurs, la configuration « afocale » rend matériellement plus aisée l'adjonction d'une tourelle portant plusieurs objectifs chromatiques 30 interchangeables permettant d'accéder à différentes plages de mises au point ainsi qu'à différents grandissements, et ce afin d'adapter au mieux les paramètres optiques instrumentaux aux besoins spécifiques de chaque application. 2950444 -10- La configuration optogéométrique du système d'observation et la configuration optomécanique du dispositif d'illumination sont indépendantes. Dans le mode préférentiel de réalisation illustré par la figure 2a, la configuration « afocale » du système d'observation 5 est associée à une configuration optogéométrique d'illumination de type «oblique ». Dans le mode préférentiel de réalisation illustré par les figures 2b et 2c, la configuration « afocale » du système d'observation est associée, respectivement, à des configurations optogéométrique d'illumination de type « annulaire » et « voie d'illumination intégrée ». La configuration « afocale » peut également être associée à une illumination de type « trans- 10 illumination » (mode de réalisation non illustré). D'autres modes préférentiels de réalisation de l'appareil de vision selon l'invention sont générés par l'adjonction d'un ou plusieurs capteurs de distance sans contact pouvant être optiques, capacitifs ou inductifs, ou résulter de toute combinaison libre de ces trois types, permettant de déterminer la (les) position(s) axiale(s) d'un ou plusieurs points de la 15 surface de l'objet. Ces modes de réalisation permettent de simplifier le procédé de recherche automatique du plan de mise au point par la suppression des moyens de traitement d'image destinés à cette opération. Un autre avantage de ces modes de réalisation réside dans la possibilité de rendre le procédé de mise au point très rapide, puisqu'une seule mesure suit pour déterminer la position précise du point ou des points objet considérés, et par là même, 20 de choisir la longueur d'onde précise pour laquelle la mise au point est optimale. A titre d'exemple le capteur d'altitude peut être de type « confocal chromatique ». De tels capteurs, utilisés de plus en plus fréquemment pour mesurer l'altitude d'un ou plusieurs points d'un objet soit par balayage soit simultanément, sont essentiellement constitués d'une source lumineuse poly-chromatique et d'un objectif doté de chromatisme axial contrôlé et 25 étendu, et de ce fait leur intégration dans l'appareil de vision électronique objet de la présente invention est particulièrement aisée. Lorsque le capteur d'altitude est placé à coté du système optique d'observation, la voie de détection et la voie d'observation sont parallèles et séparées. Cette configuration est illustrée par la figure 3a, laquelle décrit schématiquement un autre mode préférentiel de 30 réalisation de l'appareil de vision selon l'invention, comportant les mêmes éléments que l'appareil de la figure 2a avec, en plus, un capteur d'altitude 60 placé à coté du système d'observation 40. L'ensemble 52 des moyens électroniques et informatiques comporte des 2950444 -11- moyens supplémentaires, schématisés par la liaison bidirectionnelle 54, permettant de commander le capteur 60, d'acquérir son signal et de le traiter. Dans la figure 3a le système optique d'observation est « afocal », et le dispositif l'illumination - de type « oblique », mais l'Homme de l'Art comprend aisément qu'il est 5 possible de rajouter un capteur d'altitude de la même façon à tous les autres modes de réalisation présentés précédemment, quelles que soient les configurations respectives de leurs voies d'observation et d'illumination. Les capteurs optiques d'altitude peuvent, eux aussi, être intégrés à la voie d'observation de l'appareil de vision. L'avantage principal d'une telle configuration, dite de type «voie de 10 mesure intégrée », est que la position axiale de l'objet est mesurée en un point déterminé du champ objet, tel que, par exemple, le centre, et ce quelle que soit la position axiale de l'objet. A titre d'exemple, cette configuration est illustrée pour le cas d'un système d'observation « afocal » et d'un dispositif d'illumination de type « oblique» par la figure 3b, 15 comportant les mêmes éléments que la figure 2a avec, en plus, un capteur d'altitude confocal chromatique ponctuel 60 intégré dans le système optique d'observation 40 au moyen d'un cube (ou d'une lame) semi réfléchissant(e). Le capteur 60 est constitué d'un contrôleur optoélectronique 61 (relié à l'ensemble 52 des moyens électroniques et informatiques par la liaison bidirectionnelle 54 et comprenant, entre autres, une source 20 lumineuse poly-chromatique 62, un spectromètre 63, un coupleur à fibre 64 et des moyens propres de calcul), et du système optique confocal chromatique 40 qu'il partage avec l'appareil de vision électronique. Une première fibre optique du coupleur à fibre 64 est reliée à la source lumineuse 62, la deuxième fibre optique est reliée au spectromètre 63, et la troisième ù au système optique 40. Dans le cas de la figure 3b, l'extrémité de cette 25 dernière fibre optique est située au plan Z'im optiquement conjugué au plan image fixe Zim du système optique 40. La plage spectrale de la source poly-chromatique 62 est au moins égale à la plage spectrale du chromatisme axial de l'objectif chromatique 45. La plage de mesure du capteur 60 est ainsi au moins égale à la plage de mise au point de l'appareil de vision et ce afin de bénéficier au mieux de toute la dynamique de fonctionnement de 30 l'appareil de vision électronique. La figure 4 illustre de façon schématique le spectre 70 de la source lumineuse 11, qui s'étale entre les longueurs d'onde Xmin et Xm , et l'une des bandes spectrales étroites 71 de 2950444 - 12 - largeur A2 et de longueur d'onde centrale a,o sélectionnée à un instant donné par le dispositif à sélection spectrale 12. La figure 5 illustre de façon schématique le système d'observation 40, les positions Znrin et Z. délimitant la plage de mise au point, et la profondeur de champ chromatique OZ 5 correspondant à la largeur spectrale AX de la bande spectrale étroite 71. Lorsque le dispositif à sélection spectrale 12 permet d'ajuster la largeur spectrale AX, il est possible d'ajuster cette profondeur de champ chromatique à la profondeur de champ intrinsèque de l'appareil afin d'optimiser le flux lumineux utile dans l'appareil de vision. Alternativement, il est possible d'ajuster la largeur spectrale AX à l'efficacité 10 photométrique du système pour chaque longueur d'onde, déterminée par le spectre de la source lumineuse 10, par la transmittance et/ou la réflectance spectrale de tous les composants optiques et des fibres optiques, et, enfin, par la sensitivité spectrale du détecteur photoélectrique 51. En ajustant 0X de façon à compenser les variations de cette efficacité photométrique en fonction de la longueur d'onde on peut réduire les variations, en 15 fonction de la position axiale de l'objet, de l'intensité du signal délivré par le détecteur photoélectrique 51, ce qui permet d'optimiser le temps d'exposition de ce dernier. On remarquera par rapport aux positions limites Zmin et Zmax que si la relation monotone X=f(Z) est une fonction croissante dans la plage spectrale considérée, alors Xä,;nf(Zn,in) et Xman f(Z,nax), tandis que si cette relation est décroissante, alors X,inf(Zn ax) et 20 a,max f(Zn,;n). En concevant le système optique d'observation de façon que la relation X=f(Z) est décroissante, l'Homme de l'Art peut minimiser la variation de la résolution latérale effective de l'appareil dans la plage de mise au point. La résolution latérale effective est déterminée, d'une part, par la taille de la projection d'un pixel sur la surface de l'objet, et, d'autre part, par le diamètre Od;ffde la tache de diffraction.

25 En se référant à la figure 6, soient Sä la taille d'un pixel du détecteur photoélectrique 51 selon l'axe X contenu dans le plan de cette figure, et S', - la taille de la projection de ce pixel sur la surface de l'objet 30. S'ä = S,{/ G(X), où G(X) = p/p'(X,) est le grandissement du système d'observation. Le diamètre de la tache de diffraction est donné par la relation Q d;f = 2.44*p'(X)*X/D, où D est le diamètre de la pupille 42. On peut aisément vérifier que 30 pour une relation X=f(Z) décroissante, la variation de Od;f en fonction de la longueur d'onde compense partiellement celle de S'x.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS1) Un procédé de mise au point automatique d'un appareil de vision électronique ne nécessitant le déplacement matériel d'aucun sous-ensemble optomécanique et caractérisé en ce que : - On forme l'image de tout ou partie de la surface d'un objet de faible relief sur un plan fixe au moyen d'un système d'observation présentant un chromatisme axial contrôlé et étendu dans une plage déterminée de longueurs d'ondes, lequel objet étant placé à l'intérieur du volume couvert par ledit chromatisme axial et étant éclairé par un faisceau lumineux de faible largeur spectrale, dont la longueur d'onde centrale est ajustable dans ladite plage de longueurs d'ondes, - On capte l'image et on la numérise, - On identifie la longueur d'onde dite « optimale » pour laquelle l'image est parfaitement au point, - On ajuste la longueur d'onde centrale du faisceau d'illumination à cette longueur d'onde optimale.
2. 2) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la relation entre la longueur d'onde du faisceau d'illumination et la position du plan de mise au point est monotone dans ladite plage de longueurs d'ondes.
3. 3) Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la relation entre la longueur d'onde centrale du faisceau d'illumination (~) et la position du plan optimal de mise au point de l'appareil (Z) est connue grâce à un calibrage X=f(Z) préalable.
4. 4) Un procédé selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'identification de la longueur d'onde optimale se fait par traitement d'image, à partir d'une ou plusieurs image(s) obtenue(s) avec des longueurs d'onde connues.
5. 5) Un procédé selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'identification de la longueur d'onde optimale a,o se fait au moyen d'un ou plusieurs capteur(s) de distance sans contact pouvant être optique(s), capacitif(s) ou inductif(s) et permettant de connaître la position exacte d'un ou plusieurs point(s) sur la surface de l'objet observé.
6. 6) Un procédé selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que la largeur spectrale du faisceau d'illumination est choisie de façon à ajuster la 2950444 - 14 - profondeur de champ chromatique à la profondeur de champ inhérente au système optique d'observation, que cette dernière soit fixe ou variable.
7. 7) Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur spectrale du faisceau d'illumination est choisie de façon à compenser au moins 5 partiellement les variations de l'efficacité photométrique du système en fonction de la longueur d'onde.
8. 8) Un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variation du grandissement du système d'observation en fonction de la position axiale de l'objet est compensée au moins partiellement par la variation opposée de la taille 10 de la tache de diffraction en fonction de la longueur d'onde, de façon à réduire l'amplitude de variation de la taille du point d'analyse sur la surface de l'objet dans la plage de longueurs d'ondes correspondant au chromatisme axial étendu et contrôlé.
9. 9) Un appareil de vision électronique mettant en oeuvre un procédé de mise au point automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, et comportant : 15 - un bloc source 10 capable de délivrer un faisceau lumineux de faible largeur spectrale et dont la longueur d'onde centrale est ajustable dans une plage déterminée de longueurs d'onde, un dispositif d'illumination 20 destiné à éclairer la surface de l'objet soit directement, soit en transmission par sa face arrière, 20 - un système optique d'observation 40 présentant un chromatisme axial contrôlé et étendu pour ladite plage déterminée de longueurs d'ondes, tout en étant bien corrigé, selon les règles de l'art, pour l'ensemble des aberrations optiques géométriques, - un sous-ensemble d'acquisition et d'analyse 50 comportant, entre autres, (i) un détecteur photoélectrique destiné à capter l'image de la surface de l'objet, (ii) des 25 moyens permettant la numérisation du signal de ce détecteur photoélectrique, (iii) des moyens permettant de commander la longueur d'onde centrale du faisceau émis par le bloc source et, éventuellement, sa largeur spectrale, (iv) éventuellement, des moyens électroniques et informatiques permettant d'identifier la longueur d'onde optimale pour laquelle l'image formée par le système d'observation est nette, 30
10. 10) Un appareil de vision électronique selon la revendication 9, comportant, outre les éléments énumérés plus haut, un ou plusieurs capteur(s) de distance sans contact 60 2950444 - 15 - pouvant être optique(s) et/ou capacitif(s) et/ou inductif(s) et permettant de connaître la position d'un ou plusieurs points de la surface de l'objet, ainsi que des moyens permettant d'acquérir le(s) signal (signaux) délivré(s) par ce(s) capteur(s) et de le(s) piloter.
11. 11) Un appareil de vision électronique selon la revendication 10, caractérisé en ce que 5 le capteur de distance 60 mesure à travers tout ou partie du système optique d'observation 40.
12. 12) Un appareil de vision électronique selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le bloc source 10 est constitué d'une source lumineuse polychromatique à large spectre 11, comprenant une ou plusieurs sources lumineuses 10 élémentaires dont les spectres combinés couvrent toute la plage spectrale utile, et d'un dispositif de sélection spectrale 12 tel qu'un monochromateur ou un filtre interférentiel variable.
13. 13) Un appareil de vision électronique selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel le dispositif d'illumination 21 et le système optique d'observation 40 sont 15 distincts, la configuration optogéométrique du dispositif d'illumination étant de type « oblique » ou « annulaire ».
14. 14) Un appareil de vision électronique selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le dispositif d'illumination 21 est intégré au système optique 40 par des moyens de combinaison des pinceaux lumineux 25. 20
15. 15) Un appareil de vision électronique selon l'une quelconque des revendications 9 à 14 caractérisé en ce que la configuration optogéométrique du système optique d'observation 40 est soit de type « afocal », soit de type « divergent ».
16. 16) Un appareil de vision électronique selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce que le système optique d'observation 40 comporte plusieurs objectifs 25 interchangeables permettant de modifier son grandissement optique.
17. 17) Un appareil de vision électronique selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisé en ce que la largeur spectrale du faisceau d'illumination est réglable de façon à permettre son ajustement manuel ou automatique, tel qu'expliqué dans les revendications 6ou7.