WO2012089958A1 - Optoelectronic device and method for determining bidimensional position - Google Patents

Optoelectronic device and method for determining bidimensional position Download PDF

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WO2012089958A1
WO2012089958A1 PCT/FR2011/053073 FR2011053073W WO2012089958A1 WO 2012089958 A1 WO2012089958 A1 WO 2012089958A1 FR 2011053073 W FR2011053073 W FR 2011053073W WO 2012089958 A1 WO2012089958 A1 WO 2012089958A1
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WO
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predefined
angular direction
predefined surface
receivers
detection
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Application number
PCT/FR2011/053073
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French (fr)
Inventor
Philippe Plantier
Claude N. BUREAU
Original Assignee
H2I Technologies
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0428Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by sensing at the edges of the touch surface the interruption of optical paths, e.g. an illumination plane, parallel to the touch surface which may be virtual
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0085Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with both a detector and a source

Definitions

  • the present invention relates to the general field of optical and electronic systems for determining a position of an object present on a predefined surface.
  • Such systems can be used as a pointing device for the control of computer equipment or household appliances, to make the recognition of writing or gesture, etc.
  • the predefined surface can be real or virtual.
  • the invention is more specifically concerned with systems comprising at least one transmitter disposed on a so-called transmission-side side of the predefined surface in order to emit a beam of radiation having spectral or specific modulation characteristics making it possible to detect this light even in the presence of high intensity natural light.
  • This type of detection device belongs to the non-contact detection devices.
  • Some devices use a plane of light and a camera. This is particularly the case in the document US 2007/0222760 which describes a data acquisition device, using a principle of image-sensing detection of a two-dimensional surface using elements placed on three dimensions.
  • a visible or infrared light plane is generated.
  • This plane of light covers the area in which the finger must be detected.
  • a particular optical system makes it possible to form an image of the area illuminated by the plane of light on a two-dimensional image sensor. It is typically a camera.
  • the senor is two-dimensional, it is able not only to have access to the angle but also to the position of the finger relative to the imaged surface.
  • these devices are not compatible with the principles of ambient light compensation of the type described in document FR 08 59048, these principles of light compensation being indispensable when the device must be able to be used outdoors and for detection on a free surface.
  • Known devices using imaging sensors therefore have limited applications since they can not operate outdoors or impose drastic implementation conditions of the type of a mechanical integration maintaining the sensor and the object to be detected at the same time. shadow.
  • position sensors employing discrete components which, conversely, can overcome such limitations.
  • the document FR 2 899 326 describes such a position detection device using a matrix of emitters and receivers arranged in a staggered arrangement. The device described is designed to operate on a principle using the ignition of a single transmitter and a plurality of directional receivers detecting the position of the object on the beam emitted by this transmitter. The emitters are therefore switched on sequentially.
  • the receiver closest to the transmitter is the receiver that receives the most signal.
  • the signal on the farthest receivers will increase. Indeed, the object is in this case in the axis of the latter.
  • the signal on the nearest receivers decreases. Indeed, the object is less and less in the axis of these receivers.
  • this device has the disadvantage of having to find a compromise between the opening of the receivers and the linearity of the output signal. Indeed, since the receivers have a narrow aperture angle, the curve representing the weighted average of the signals as a function of the distance has a significant slope but will be very little linear and in the form of steps.
  • the curve representing the weighted average of the signals will be relatively linear but the signal will be less important and the slope will be weak. This increases the uncertainty of positioning.
  • these devices show a sensitivity to variations in the angular characteristics of the receptors. This is a significant disadvantage because, for many types of receivers, the manufacturing processes are such that the angular sensitivity can vary greatly from one receiver to another. This causes significant variations in characteristics for the position sensing device. It should also be noted here that the receivers used in devices of the type of those described in document FR 2 899 326 do not have the possibility of determining an angular direction in which the object is located. This is due to their angular sensitivity characteristics which is not at all constant and regulated by a general law of optics.
  • the position detection devices of the type of the document FR 2 899 326 make it possible to know only the distance to which an object in front of an emitter in the emission beam of this latter is located. It is thus necessary to know the emitter having illuminated the object to completely determine the position in which the object is located. An overall illumination of the surface does not allow access to the determination of position.
  • the main object of the present invention is therefore to overcome the drawbacks of the operating principles of position detection devices of an object on a surface of the prior art by proposing an optical and electronic system for determining a position of a object present on a predefined surface, the system comprising at least one emitter disposed on a so-called emission side of the predefined surface emitting a beam of electromagnetic radiation of wavelength between 100 nm and 10 ⁇ , covering the surface predefined and having specific spectral and / or modulation characteristics making it possible to detect it, even in the presence of high intensity natural light,
  • this system comprising two devices for detecting an angular direction in which there is the object each having a coverage area, these two devices being positioned on either side of the emission side such that the coverage areas each include the predefined surface, these two detection devices being able to determine the angular direction of the object receiving signals having the spectral and / or specific modulation characteristics reflected by the latter, and comprising a module for determining the position of the object for, knowing the position of the two devices with respect to the predefined surface and the angular direction in which the object is located with respect to each of the detection devices of an angular direction, to deduce the position of the object on the predefined surface by intersection of the predefined surface and the two defined angular directions p ar compared to the detection devices.
  • the invention makes it possible to score or write in a manner comparable to what is achieved with a capacitive or resistive touch pad.
  • the angular detection being done on reception of the signals having particular optical characteristics, the invention ensures that the detection of the object is effective even under intense lighting.
  • the size of the system according to the invention is low since only one transmitter and two devices for detecting an angular direction are required.
  • the system according to the invention implements two devices for detecting an angular direction.
  • Devices for detecting a different angular direction can be used. By associating a second device for detecting an angular direction of the same type, it is thus possible, by ensuring that the coverage areas of these two detection devices cover the predefined surface in which the object can be, to obtain the position of an object on this surface.
  • the invention is capable of using any type of device for detecting a known angular direction when two of these devices are placed on either side of at least one transmitter capable of illuminating the whole of the predefined area.
  • Such a single transmitter must be provided with a specific lens, allowing it to illuminate at a very wide illumination angle. Such a lens degrades the performance of the transmitter by decreasing the signal and increasing the divergence.
  • the invention uses detection devices using light, or any other electromagnetic radiation with close physical properties, especially infrared or ultraviolet radiation; that is to say any electromagnetic radiation whose wavelength is between 10 pm and 100 nm.
  • Any visible electromagnetic radiation is therefore concerned with the terms "light” and “optics” used hereafter, but also invisible electromagnetic radiation with wavelengths and near physical properties, namely infrared and ultraviolet radiation.
  • the beam of an electromagnetic radiation having a wavelength of between 100 nm and 10 ⁇ m, covering the predefined surface and having specific spectral and / or modulation characteristics is a beam of one infrared radiation.
  • the system comprises a plurality of transmitters arranged on the transmitting side for illuminating the predefined surface, each of the emitters emitting a collimated beam along a line, the set of beams covering the entire predefined area.
  • This feature makes it possible to use simple transmitters without any particular optics than that which makes it possible to collimate their beams, which is a classic characteristic in commercial transmitters.
  • the use of multiple transmitters ensures a more uniform illumination of the entire predefined area.
  • the system comprises a control module for the ignition of the emitters able to control successive ignitions of the emitters.
  • the emitter control module is able to produce, in real time, the emitter illumination sequences as a function of the determined position of the object on the predefined surface.
  • the devices for detecting an angular direction in which an object is located each comprise at least two receivers each having a reception surface on which the radiant power received from an object is dependent on the object.
  • angle at which the object is viewed according to a strictly monotonic dependence curve of the radiant power received as a function of the angle at which the object is viewed, the two receiving surfaces being placed side by side but each in a plane distinct, the two planes forming between them an angle between 1 ° and 150 ° and thus forming a so-called edge edge of the device, the device being intended to be positioned in such a way that the portion of the space defined between these two plans includes the predefined surface on which the object may be located,
  • each device further comprising an electronic module comprising means for, upon illumination of the predetermined surface with radiation having specific spectral and / or modulation characteristics:
  • each device for detecting an angular direction comprises two receivers positioned in two distinct angular positions, these two receivers having a surface for which the angle under which the object is viewed monotonically influences the radiant power received on the receiver.
  • the luminous intensity received on the two receivers of each device for detecting an angular direction is identical, the only difference between the intensities received on the two receivers of the same detection device is thus due to the angle under which is seen the object. This is true when the distance between the two receivers is negligible compared to the receiver-finger distance. This is the hypothesis on which the invention is based.
  • Each of the angular direction detecting devices is then used to determine an angle on either side of the transmitting side.
  • the intersection of the two planes passing through the edges of the detection devices and oriented in the detected angular directions defines a straight line.
  • the intersection between this line and the predefined surface gives the position of the object.
  • each receiver comprises a reflector bringing the light received on the reception surface of the receiver on a Lambertian detection surface, this Lambertian detection surface then being placed in a same plane parallel to the transmission plane of the transmitter.
  • the two lambertian detection surfaces are positioned on the same plane which is advantageously identical or at least parallel to that of the predefined surface, which is quite interesting from the point of view of the integration of the system.
  • a Lambertian detection surface will be that of a photodiode or phototransistor component without a lens, which is commercially available.
  • the angular sensitivity of this kind of component without a lens is fixed by the laws of physics and optics. It is therefore proportional to the cosine of the angle formed by the light source, here the object reflecting the light and the normal to the sensor.
  • the reflector has a surface corresponding to one-half of the solid formed by the revolution of the base of a parabola about an axis perpendicular to the focal axis of the parabola, the halves being determined from the another of a plane passing through the focal axis of the parabola, the focus of the dish located in the median plane of the reflector being located on the sensing surface.
  • a reflector is particularly adapted to retain the dependence property of the radiant power received at the angle under which the object is seen.
  • Such a reflector thus makes it possible to relate the angular sensitivity according to Lambert's law of the detection surface to the reception surface which is perpendicular to it and which is the entrance surface of the reflector.
  • the detection surface is centered on the focus of the dish.
  • This characteristic makes it possible to maintain a good compactness of the receiver and also to ensure a dependence of the radiant power at the reception angle.
  • the axis of revolution of the reflector is such that the focus of the dish is inside the reflector.
  • This characteristic makes it possible to place the sensing surface centered or slightly offset on the focus of the dish.
  • the focal length of the dish is between
  • This characteristic makes it possible to optimize the ratio between incoming energy and size of the device.
  • the invention also relates to an optical and electronic method for determining a position of an object present on a predefined surface, the method comprising the steps of:
  • At least one transmitter on a so-called emission side of the predefined surface emitting a beam of electromagnetic radiation of wavelength between 100 nm and 10 ⁇ covering the predefined surface and having spectral characteristics and / or specific modulation to detect it, including in the presence of high intensity natural light,
  • FIG. 2 schematically shows an embodiment according to the invention
  • FIG. 3 schematically shows a device for detecting the angular direction according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a preferred example of a device for detecting an angular direction according to the invention
  • FIG. 6 shows a section of a reflector used in the detection device shown in FIG. 4.
  • FIG. 1 shows the basic principle of the invention for determining the position of an object 2 on a predefined surface S of width L and depth P.
  • At least one emitter E is disposed on an emission side denoted CE of the surface S.
  • This emitter E emits a beam of radiation covering the predefined surface S and has spectral and / or specific modulation characteristics enabling to detect it, even in the presence of natural light of high intensity.
  • a compensation principle as described in document FR 08 59048 is used.
  • the system according to the invention comprises two detection devices D1 and D2 of an angular direction, each able to determine an angular direction al, a2 in which the object 2 is located with respect to the device concerned.
  • Each of the angular direction detecting devices has a coverage area covering the entire S surface.
  • the two devices D1 and D2 each cover at least one quarter of space in which the surface S is viewed from each of the detection devices.
  • the finger 2 reflects a portion of the light emitted by the emitter E to the detection devices of an angular direction D1 and D2. This reflected light is processed by each detection device and the angular direction is thus detected.
  • the two devices D1 and D2 are connected to an electronic module 10 which is able to calculate the position XY of the object 2 on the surface S, as a function of the position of the detection devices D1 and D2 with respect to the predefined surface S and according to the angular directions a1, a2 in which the object 2 defined by each of the angular direction detection devices D1 and D2 is located.
  • the module 10 determines the position of the object using the formula: sin (2) cos (al)
  • FIG. 2 shows schematically an advantageous embodiment of the invention.
  • a plurality of emitters E1 to E7 are disposed on the emission side CE of a surface S.
  • the emitters E1 to E7 are aligned next to one another and may each have a lens Ll to L7 for collimating the emitted light in a substantially parallel beam.
  • FIG. 2 shows two beams F2, F3 emitted by the emitters E2 and E3. We see that these beams are slightly divergent and illuminate the entirety of the predefined surface without hole or dead zone between them on the surface S. The fact of collimating the beams also makes it possible to increase the range of detection and to allow that the detection remains in the predefined area. It should be noted here that, advantageously, the light will be collimated on the predefined surface in order to avoid parasitic three-dimensional detections.
  • the emitters advantageously emit infrared light with particular spectral and modulation characteristics making it possible to detect the infrared radiation emitted by the emitters, even in the presence of invading natural light.
  • the light is then modulated with a modulation frequency between 30 and 100 kHz. Below 30 kHz, the device will be more disturbed by the lights powered by an electronic switching system, more than 100 kHz, sensitivity to radio frequency signals becomes troublesome.
  • the spectral sensitivity of the receiver is also chosen as thin as possible, centered on the spectral emissivity peak of the transmitter.
  • the plurality of transmitters may be replaced by a single transmitter, provided with a lens transforming its output beam into a plane beam covering the entire predefined area S. It is also possible to use a light plan generator based on on a laser technology.
  • each side of the row of emitters E1 to E7 are placed two devices for detecting an angular direction D1 and D2.
  • These devices for detecting an angular direction D1 and D2 are capable of receiving and processing a radiation, preferably an infrared radiation, having particular modulation characteristics for determining the angular direction of the object 2, under which this object 2 of the device is seen. detecting an angular direction D1 and D2.
  • the detectors D1 and D2 each determine an angular direction al and a2 in which find the object 2.
  • the angular directions are angle values ⁇ 1, ⁇ 2 between the emission side CE and the plane PI or P2 passing through the object 2 and the device D1 or D2.
  • each of the two devices Once each of the two devices has determined this angular direction, it is sent to a module which determines the position of the object 2 on the surface S according to the principle described in FIG.
  • FIG. 3 shows a particular embodiment of the angular direction detection device D2 used in FIG. 2.
  • the detector D2 comprises two receivers R1 and R2 each comprising a reception surface S1 and S2.
  • the radiant power received from the object 2 is dependent on the angles a and ⁇ under which the object 2 is seen with respect to the normal to these surfaces S1 and S2. This dependence of the radiant power received as a function of the angle at which the object 2 is viewed follows a strictly monotonous dependence curve.
  • the two receiving surfaces S1 and S2 are placed side by side but each in a separate plane.
  • the two planes make, between them, an angle equal to 90 ° in the example shown in FIG. 3.
  • the intersection between the two planes forms an edge called "edge of the device" denoted AD2.
  • AD2 edge of the device
  • the device D2 includes or is connected to an electronic module M2 which receives the signals received by each of the two receivers R1 and R2.
  • This module M2 is able to extract, from each signal received by a receiver R1 or R2, a radiant power having spectral characteristics and / or specific modulations received by this receiver.
  • the electronic module M2 From these radiant powers, the electronic module M2 considers that the distance between the two receivers is negligible compared to the distances between the transmitter and the object and between the detector and the object.
  • the module M2 determines the angular direction ⁇ under which the object 2 is seen by the receiver R1, then directly the angular direction oc2 of a plane P2 passing through the edge AD2 of the device.
  • the object can exhibit any reflection characteristic of the light emitted except in extreme cases for which the approximations made above are no longer valid, especially when the specular component of the reflecting object is predominant. This is the case for mirrors, polished metal objects. This is not detrimental to the determination of the two-dimensional position of the object as soon as two angular measurements are taken on each side of the emission side CE.
  • lambertian receptors are sensitive in space. It can therefore occur three-dimensional parasitic detections.
  • an optic is added to restrict the sensitivity of the receivers to the plane. This further increases their sensitivity in this plane. Such optics only act on the sensitivity in the direction perpendicular to the predefined surface S.
  • FIG 4 shows a preferred embodiment of the RI and R2 receptors.
  • the receiving surfaces S1 and S2 are input surfaces in a reflector RF1, RF2.
  • Each of these input surfaces S1 and S2 belongs to a plane.
  • the intersection of the two planes carrying the two receiving surfaces S1 and S2 defines the edge AD2 of the device D2.
  • the reflectors RF1 and RF2 reflect the radiation passing through the receiving surfaces S1 and S2 respectively to a detection surface SD1 and SD2. These detection surfaces SD1 and SD2 are coplanar.
  • the radiant power which strikes the detection surface SD1 or SD2 is in strictly monotonic dependence with the angle under which the object is seen with respect to the edge AD1 or AD2.
  • the reflector RF1 has particular properties making it possible to reflect all the rays striking the reception surface S1 in order to bring them back to a Lambertian SD1 detection surface while maintaining the strictly monotonic variation of this last between received power and viewing angle.
  • This characteristic makes it possible, assuming that the two receivers R1 and R2 receive the same light intensity, to determine the angular direction of the plane passing through the edge AD2 in which the object is located as described previously.
  • the reflector RF1 also plays the role of optical selection in space. Indeed, the properties of the reflector RF1 make it possible to receive as radiation from the proximity of the predefined surface. This prevents parasitic detections in three dimensions.
  • Lambertian surfaces are typically commercial components without a lens.
  • Figure 5 illustrates the Lambertian property of a component.
  • the surface SD emits an electrical signal proportional to the radiant power which it receives which, at fixed luminous intensity, is proportional to the cosine from the angle a.
  • FIG. 6 shows a median section of a reflector as used in FIG. 4.
  • This section forms a parabola arc of focus F and focal axis OX.
  • the reflector is the solid obtained by revolution of this arc on a half-space around the axis OZ perpendicular to the focal axis OX.
  • This reflector makes it possible to maintain the dependence at the angle under which the object is viewed and makes it possible to ensure good planar sensitivity to the detection devices of an angular position.
  • Such a reflector also makes it possible to obtain a coverage area of a quarter of usable space for the production of a system according to the invention.

Abstract

The invention relates to an optical and electronic system for determining a position of an object (2) present on a predefined surface (S), the system comprising at least one emitter (E) emitting a beam (F) covering the predefined surface (S) and exhibiting specific spectral and/or modulation characteristics making it possible to detect it including in the presence of a natural light of high intensity, this system comprising two devices (D1, D2) for detecting an angular direction (α1,α2) in which the object (2) lies and a module (10) for determining the position of the object (2) so as, knowing the position of the two devices (D1, D2) with respect to the predefined surface (S) and the angular direction (α1,α2) in which the object (2) lies with respect to each of the devices (D1,D2) for detecting an angular direction (α1,α2), to deduce therefrom the position of the object (2) on the predefined surface (S) by intersection of the predefined surface (S) and of the two angular directions (α1,α2) determined with respect to the detection devices (D1,D2).

Description

Titre de l'invention  Title of the invention
« Dispositif et procédé optoélectronique de détermination de position bidimensionnelle ». Arrière-plan de l'invention  "Optoelectronic device and method for two-dimensional position determination". Background of the invention
La présente invention se rapporte au domaine général des systèmes optiques et électroniques de détermination d'une position d'un objet présent sur une surface prédéfinie.  The present invention relates to the general field of optical and electronic systems for determining a position of an object present on a predefined surface.
De tels systèmes peuvent être utilisés comme périphérique de pointage pour le contrôle d'un équipement informatique ou électroménager, pour faire de la reconnaissance d'écriture ou de geste, etc..  Such systems can be used as a pointing device for the control of computer equipment or household appliances, to make the recognition of writing or gesture, etc.
La surface prédéfinie peut être réelle ou virtuelle. L'invention s'intéresse plus précisément aux systèmes comprenant au moins un émetteur disposé sur un côté dit côté d'émission de la surface prédéfinie afin d'émettre un faisceau d'un rayonnement présentant des caractéristiques spectrales ou de modulation spécifique permettant de détecter cette lumière y compris en présence d'une lumière naturelle de haute intensité. Ce type de dispositif de détection appartient aux dispositifs de détection sans contact.  The predefined surface can be real or virtual. The invention is more specifically concerned with systems comprising at least one transmitter disposed on a so-called transmission-side side of the predefined surface in order to emit a beam of radiation having spectral or specific modulation characteristics making it possible to detect this light even in the presence of high intensity natural light. This type of detection device belongs to the non-contact detection devices.
Il existe actuellement de nombreux principes pour rendre un dispositif capable de détecter, à distance, sans détection avec contact, la position bidimensionnelle d'un doigt.  There are currently many principles to make a device capable of detecting, remotely, without detection with contact, the two-dimensional position of a finger.
Certains dispositifs utilisent ainsi un plan de lumière et une caméra. C'est en particulier le cas dans le document US 2007/0222760 qui décrit un dispositif de saisie de données, utilisant un principe de détection par prise d'image d'une surface bidimensionnelle utilisant des éléments placés sur trois dimensions.  Some devices use a plane of light and a camera. This is particularly the case in the document US 2007/0222760 which describes a data acquisition device, using a principle of image-sensing detection of a two-dimensional surface using elements placed on three dimensions.
Selon cet art antérieur, un plan de lumière visible ou infrarouge est généré. Ce plan de lumière couvre la zone dans laquelle doit être détecté le doigt. Un système optique particulier permet de former une image de la zone éclairée par le plan de lumière sur un capteur d'image à deux dimensions. Il s'agit typiquement d'une caméra.  According to this prior art, a visible or infrared light plane is generated. This plane of light covers the area in which the finger must be detected. A particular optical system makes it possible to form an image of the area illuminated by the plane of light on a two-dimensional image sensor. It is typically a camera.
Si le doigt d'un utilisateur croise le plan de lumière généré, il réémet une partie de cette lumière vers ce capteur qui forme une image dont la position dépend la position du doigt. Une analyse de l'image obtenue permet d'accéder à l'angle sous lequel est vu le doigt et la distance à laquelle il est situé. If a user's finger crosses the generated light plane, he re-emits a part of this light to this sensor which forms an image whose position depends on the position of the finger. An analysis of the image obtained provides access to the angle at which the finger is viewed and the distance to which it is located.
Comme le capteur est bidimensionnel, il est capable non seulement d'avoir accès à l'angle mais également à la position du doigt par rapport à la surface imagée.  As the sensor is two-dimensional, it is able not only to have access to the angle but also to the position of the finger relative to the imaged surface.
De nombreux dispositifs connus utilisent ainsi des appareils d'imagerie à une ou deux dimensions pour localiser un objet. Ce principe permet d'obtenir une bonne précision mais ces dispositifs ont un coût de fabrication relativement élevé et une intégration mécanique complexe. Ces arts antérieurs présentent aussi l'inconvénient de devoir nécessiter la mise en œuvre de composants d'imagerie coûteux, en particulier un capteur de caméra et une optique de qualité suffisante pour permettre d'avoir une image sans déformation ni aberration. L'électronique de traitement de l'image est également coûteuse puisque le fonctionnement de ces dispositifs nécessite un processeur de signal numérique, du type DSP pour « Digital Signal Processor » en anglais, suffisamment puissant pour pouvoir traiter les images et en extraire la ou les positions du ou des doigts.  Many known devices thus use one- or two-dimensional imaging devices to locate an object. This principle makes it possible to obtain good accuracy, but these devices have a relatively high manufacturing cost and a complex mechanical integration. These prior art also have the disadvantage of having to require the implementation of expensive imaging components, especially a camera sensor and optics of sufficient quality to allow to have an image without deformation or aberration. The image processing electronics is also expensive since the operation of these devices requires a digital signal processor of the DSP type for "Digital Signal Processor" in English, powerful enough to be able to process the images and to extract the one or more finger positions.
En outre, l'encombrement de ces dispositifs de l'art antérieur est assez important puisque le capteur d'image doit être situé en hauteur par rapport à la surface prédéfinie où est détectée la position de l'objet ou de manière décalée sur un côté d'une ligne où l'objet est susceptible de se trouver. Cela est nécessaire pour disposer d'un angle suffisant pour pouvoir voir toute la surface ou toute la ligne. L'usage de cette technologie est donc incompatible avec de nombreuses contraintes mécaniques rencontrées dans de nombreux domaines.  In addition, the size of these devices of the prior art is quite important since the image sensor must be located in height relative to the predefined surface where is detected the position of the object or shifted on one side a line where the object is likely to be. This is necessary to have a sufficient angle to be able to see the whole surface or the whole line. The use of this technology is therefore incompatible with many mechanical constraints encountered in many areas.
En outre, ces dispositifs ne sont pas compatibles avec les principes de compensation de lumière ambiante du type de celui décrit dans le document FR 08 59048, ces principes de compensation de lumière étant indispensables dès lors que le dispositif doit pouvoir être utilisé en extérieur et pour une détection sur une surface libre.  In addition, these devices are not compatible with the principles of ambient light compensation of the type described in document FR 08 59048, these principles of light compensation being indispensable when the device must be able to be used outdoors and for detection on a free surface.
Les dispositifs connus utilisant des capteurs d'imagerie ont donc des applications limitées puisqu'ils ne peuvent pas fonctionner en extérieur ou imposent des conditions drastiques d'implémentation du type d'une intégration mécanique maintenant le capteur et l'objet à détecter à l'ombre. Il est par ailleurs connu des capteurs de position employant des composants discrets qui, a contrario, peuvent s'affranchir de telles limitations. Le document FR 2 899 326 décrit un tel dispositif de détection de position utilisant une matrice d'émetteurs et de récepteurs disposés en quinconce. Le dispositif décrit est conçu pour fonctionner sur un principe utilisant l'allumage d'un unique émetteur et une pluralité de récepteurs directionnels détectant la position de l'objet sur le faisceau émis par cet émetteur. Les émetteurs sont pour cela allumés séquentiellement. Known devices using imaging sensors therefore have limited applications since they can not operate outdoors or impose drastic implementation conditions of the type of a mechanical integration maintaining the sensor and the object to be detected at the same time. shadow. It is also known position sensors employing discrete components which, conversely, can overcome such limitations. The document FR 2 899 326 describes such a position detection device using a matrix of emitters and receivers arranged in a staggered arrangement. The device described is designed to operate on a principle using the ignition of a single transmitter and a plurality of directional receivers detecting the position of the object on the beam emitted by this transmitter. The emitters are therefore switched on sequentially.
Lorsque l'objet est proche de la matrice d'émetteurs et de récepteurs, le récepteur le plus proche de l'émetteur est celui qui recevra le plus de signal. Lorsque l'objet s'éloigne de la matrice d'émetteurs et de récepteurs, le signal sur les récepteurs les plus éloignés augmentera. En effet, l'objet se trouve dans ce cas dans l'axe de ces derniers. Dans le même temps, le signal sur les récepteurs les plus proches diminue. En effet, l'objet est de moins en moins dans l'axe de ces récepteurs.  When the object is close to the array of transmitters and receivers, the receiver closest to the transmitter is the receiver that receives the most signal. As the object moves away from the array of transmitters and receivers, the signal on the farthest receivers will increase. Indeed, the object is in this case in the axis of the latter. At the same time, the signal on the nearest receivers decreases. Indeed, the object is less and less in the axis of these receivers.
En utilisant un procédé d'interpolation, par exemple la moyenne du signal sur les récepteurs pondérée par la position respective de chaque récepteur, une valeur proportionnelle à la distance de l'objet détecté est obtenue. Cela est vrai quelque soit la réflectivité ou la taille de l'objet.  By using an interpolation method, for example the average of the signal on the receivers weighted by the respective position of each receiver, a value proportional to the distance of the detected object is obtained. This is true regardless of the reflectivity or the size of the object.
En couplant ce dispositif à un dispositif d'amplification du signal et de compensation de la lumière ambiante telle que décrite dans le document FR 08 59048, il est possible de réaliser un détecteur pouvant fonctionner sous l'éclairage direct du soleil. Le dispositif de détermination de la position d'un objet présente cependant l'inconvénient de devoir mettre en œuvre un nombre de composants important. Pour augmenter la distance de détection, il est en effet nécessaire de multiplier les récepteurs. Cet inconvénient nuit au coût final du produit mais aussi à sa rapidité de réaction. En effet, l'utilisation de davantage de récepteurs implique de réaliser davantage d'acquisitions et le temps d'acquisition total s'en trouve d'autant allongé.  By coupling this device to a device for amplifying the signal and compensating for ambient light as described in document FR 08 59048, it is possible to produce a detector that can operate under direct sunlight. The device for determining the position of an object, however, has the disadvantage of having to implement a large number of components. To increase the detection distance, it is indeed necessary to multiply the receivers. This disadvantage affects the final cost of the product but also its speed of reaction. Indeed, the use of more receivers implies more acquisitions and the total acquisition time is thereby lengthened.
Par ailleurs, ce dispositif présente l'inconvénient de devoir trouver un compromis entre l'ouverture des récepteurs et la linéarité du signal de sortie. En effet, dès lors que les récepteurs ont un angle d'ouverture étroit, la courbe représentant la moyenne pondérée des signaux en fonction de la distance présente une pente importante mais sera très peu linéaire et en forme de marches d'escalier. Moreover, this device has the disadvantage of having to find a compromise between the opening of the receivers and the linearity of the output signal. Indeed, since the receivers have a narrow aperture angle, the curve representing the weighted average of the signals as a function of the distance has a significant slope but will be very little linear and in the form of steps.
Au contraire, si des récepteurs avec un angle d'ouverture large sont utilisés, la courbe représentant la moyenne pondérée des signaux sera relativement linéaire mais le signal sera moins important et la pente sera faible. Cela augmente d'autant l'incertitude de positionnement.  On the contrary, if receivers with wide aperture angle are used, the curve representing the weighted average of the signals will be relatively linear but the signal will be less important and the slope will be weak. This increases the uncertainty of positioning.
Enfin, ces dispositifs montrent une sensibilité aux variations de caractéristiques angulaires des récepteurs. Cela est un inconvénient important car, pour de nombreux types de récepteurs, les procédés de fabrication sont tels que la sensibilité angulaire peut grandement varier d'un récepteur à l'autre. Cela cause des variations importantes de caractéristiques pour le dispositif de détection de position. Il faut d'ailleurs noter ici que les récepteurs utilisés dans les dispositifs du type de ceux décrits dans le document FR 2 899 326 n'ont pas la possibilité de déterminer une direction angulaire dans laquelle se trouve l'objet. Cela est dû à leurs caractéristiques de sensibilité angulaire qui n'est pas du tout constante et régulée par une loi générale de l'optique.  Finally, these devices show a sensitivity to variations in the angular characteristics of the receptors. This is a significant disadvantage because, for many types of receivers, the manufacturing processes are such that the angular sensitivity can vary greatly from one receiver to another. This causes significant variations in characteristics for the position sensing device. It should also be noted here that the receivers used in devices of the type of those described in document FR 2 899 326 do not have the possibility of determining an angular direction in which the object is located. This is due to their angular sensitivity characteristics which is not at all constant and regulated by a general law of optics.
De manière plus générale, les dispositifs de détection de position du type du document FR 2 899 326 permettent de connaître seulement la distance à laquelle se trouve un objet en face d'un émetteur dans le faisceau d'émission de celui-ci. Il est ainsi nécessaire de connaître l'émetteur ayant illuminé l'objet pour déterminer totalement la position dans laquelle se trouve l'objet. Une illumination globale de la surface ne permet pas d'accéder à la détermination de position.  More generally, the position detection devices of the type of the document FR 2 899 326 make it possible to know only the distance to which an object in front of an emitter in the emission beam of this latter is located. It is thus necessary to know the emitter having illuminated the object to completely determine the position in which the object is located. An overall illumination of the surface does not allow access to the determination of position.
Les inconvénients exposés ci-dessus, et notamment la non-linéarité, sont les principaux facteurs limitant les performances de ce type de dispositif de détermination de position.  The disadvantages described above, and in particular the non-linearity, are the main factors limiting the performance of this type of position determination device.
On sait enfin qu'il existe les systèmes de « Touch Pad Capacitive » et les « dalles d'écran tactile » pour déterminer la position d'un doigt sur une surface.  Finally, we know that there are "Touch Pad Capacitive" systems and "touch screen tiles" to determine the position of a finger on a surface.
Il existe de nombreux documents décrivant ces systèmes qui mettent tous en œuvre des techniques de détection par contact très distinctes des technologies sans contact comme celles décrites auparavant et qui concernent le domaine de l'invention. Les technologies avec contact sont toutefois la référence pour ce qui concerne la détection de positions bidimensionnelles. Objet et résumé de l'invention There are numerous documents describing these systems which all implement contact detection techniques very distinct from contactless technologies such as those described above and which relate to the field of the invention. Contact technologies, however, are the benchmark for detecting two-dimensional positions. Object and summary of the invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier les inconvénients des principes de fonctionnement des dispositifs de détection de position d'un objet sur une surface de l'art antérieur en proposant un système optique et électronique de détermination d'une position d'un objet présent sur une surface prédéfinie, le système comprenant au moins un émetteur disposé sur un côté dit d'émission de la surface prédéfinie émettant un faisceau d'un rayonnement électromagnétiques de longueur d'onde comprise entre 100 nm et 10 μιτι, couvrant la surface prédéfinie et présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques permettant de la détecter y compris en présence d'une lumière naturelle de haute intensité,  The main object of the present invention is therefore to overcome the drawbacks of the operating principles of position detection devices of an object on a surface of the prior art by proposing an optical and electronic system for determining a position of a object present on a predefined surface, the system comprising at least one emitter disposed on a so-called emission side of the predefined surface emitting a beam of electromagnetic radiation of wavelength between 100 nm and 10 μιτι, covering the surface predefined and having specific spectral and / or modulation characteristics making it possible to detect it, even in the presence of high intensity natural light,
ce système comprenant deux dispositifs de détection d'une direction angulaire dans laquelle se trouve l'objet présentant chacun une zone de couverture, ces deux dispositifs étant positionnés de part et d'autre du côté d'émission de telle façon que les zones de couverture incluent chacune la surface prédéfinie, ces deux dispositifs de détection étant aptes à déterminer la direction angulaire de l'objet à réception de signaux présentant les caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques réfléchis par celui-ci, et comprenant un module de détermination de la position de l'objet pour, connaissant la position des deux dispositifs par rapport à la surface prédéfinie et la direction angulaire dans laquelle se trouve l'objet par rapport à chacun des dispositifs de détection d'une direction angulaire, en déduire la position de l'objet sur la surface prédéfinie par intersection de la surface prédéfinie et des deux directions angulaires déterminées par rapport aux dispositifs de détection.  this system comprising two devices for detecting an angular direction in which there is the object each having a coverage area, these two devices being positioned on either side of the emission side such that the coverage areas each include the predefined surface, these two detection devices being able to determine the angular direction of the object receiving signals having the spectral and / or specific modulation characteristics reflected by the latter, and comprising a module for determining the position of the object for, knowing the position of the two devices with respect to the predefined surface and the angular direction in which the object is located with respect to each of the detection devices of an angular direction, to deduce the position of the object on the predefined surface by intersection of the predefined surface and the two defined angular directions p ar compared to the detection devices.
L'invention permet de réaliser un pointage ou une écriture de manière comparable à ce qui est réalisé avec un pavé tactile capacitif ou résistif. Cela est réalisé selon l'invention avec un procédé optique et électronique très peu coûteux et présentant l'avantage d'être utilisable sous une lumière ambiante élevée, y compris sous l'éclairage direct du soleil grâce à un dispositif de compensation de lumière ambiante. La détection angulaire se faisant sur réception des signaux présentant des caractéristiques optiques particulières, l'invention assure que la détection de l'objet est effective même sous un éclairage intense. En outre, il faut remarquer que l'encombrement du système selon l'invention est faible puisque seulement un émetteur et deux dispositifs de détection d'une direction angulaire sont nécessaires. Le système selon l'invention met en œuvre deux dispositifs de détection d'une direction angulaire. The invention makes it possible to score or write in a manner comparable to what is achieved with a capacitive or resistive touch pad. This is achieved according to the invention with a very inexpensive optical and electronic method and having the advantage of being usable under high ambient light, including under direct sunlight by means of an ambient light compensation device. The angular detection being done on reception of the signals having particular optical characteristics, the invention ensures that the detection of the object is effective even under intense lighting. In addition, it should be noted that the size of the system according to the invention is low since only one transmitter and two devices for detecting an angular direction are required. The system according to the invention implements two devices for detecting an angular direction.
Des dispositifs de détection d'une direction angulaire divers peuvent être utilisés. En associant un second dispositif de détection d'une direction angulaire du même type, il est ainsi possible, en assurant que les zones de couverture de ces deux dispositifs de détection couvrent la surface prédéfinie dans laquelle peut se trouver l'objet, d'obtenir la position d'un objet se situant sur cette surface. L'invention est susceptible d'utiliser tout type de dispositif de détection d'une direction angulaire connue dès lors que deux de ces dispositifs sont placés de part et d'autre d'au moins un émetteur capable d'illuminer l'ensemble de la surface prédéfinie. Un tel unique émetteur doit être muni d'une lentille spécifique, lui permettant d'illuminer selon un angle d'illumination très large. Une telle lentille dégrade les performances de l'émetteur par diminution du signal et augmentation de la divergence.  Devices for detecting a different angular direction can be used. By associating a second device for detecting an angular direction of the same type, it is thus possible, by ensuring that the coverage areas of these two detection devices cover the predefined surface in which the object can be, to obtain the position of an object on this surface. The invention is capable of using any type of device for detecting a known angular direction when two of these devices are placed on either side of at least one transmitter capable of illuminating the whole of the predefined area. Such a single transmitter must be provided with a specific lens, allowing it to illuminate at a very wide illumination angle. Such a lens degrades the performance of the transmitter by decreasing the signal and increasing the divergence.
Plus précisément, l'invention utilise des dispositifs de détection utilisant la lumière, ou tout autre rayonnement électromagnétique aux propriétés physiques proches, notamment les rayonnements infrarouges ou ultraviolets ; c'est-à-dire tout rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 10 pm et 100 nm.  More specifically, the invention uses detection devices using light, or any other electromagnetic radiation with close physical properties, especially infrared or ultraviolet radiation; that is to say any electromagnetic radiation whose wavelength is between 10 pm and 100 nm.
Il est commun d'utiliser de tels rayonnements et d'exploiter la réflexion de celui-ci sur l'objet à détecter. Tout rayonnement électromagnétique visible est donc concerné par les termes « lumière » et « optique » utilisés dans la suite, mais également les rayonnements électromagnétiques invisibles aux longueurs d'onde et propriétés physiques proches, à savoir le rayonnement infrarouge et ultraviolet.  It is common to use such radiation and exploit the reflection of it on the object to be detected. Any visible electromagnetic radiation is therefore concerned with the terms "light" and "optics" used hereafter, but also invisible electromagnetic radiation with wavelengths and near physical properties, namely infrared and ultraviolet radiation.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, le faisceau d'un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde comprise entre 100 nm et 10 μιτι, couvrant la surface prédéfinie et présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques est un faisceau d'un rayonnement infrarouge.  According to a preferred characteristic of the invention, the beam of an electromagnetic radiation having a wavelength of between 100 nm and 10 μm, covering the predefined surface and having specific spectral and / or modulation characteristics, is a beam of one infrared radiation.
En effet, il est parfois souhaitable d'utiliser, pour la détection, un rayonnement visible pour l'utilisateur, pour des raisons esthétiques ou pour fournir un retour visuel. Cependant, dans la plupart des cas, cependant, on souhaitera rendre le dispositif de détection invisible pour l'utilisateur. Dans ce but, l'utilisation d'un rayonnement invisible, infrarouge ou ultraviolet, sera privilégiée. Indeed, it is sometimes desirable to use, for detection, visible radiation for the user, for aesthetic reasons or for provide a visual feedback. However, in most cases, however, one will wish to make the detection device invisible to the user. For this purpose, the use of invisible radiation, infrared or ultraviolet, will be preferred.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le système comprend une pluralité d'émetteurs disposés sur le côté d'émission pour illuminer la surface prédéfinie, chacun des émetteurs émettant un faisceau collimaté le long d'une ligne, l'ensemble des faisceaux couvrant l'intégralité de la surface prédéfinie.  According to an advantageous characteristic of the invention, the system comprises a plurality of transmitters arranged on the transmitting side for illuminating the predefined surface, each of the emitters emitting a collimated beam along a line, the set of beams covering the entire predefined area.
Cette caractéristique permet d'utiliser des émetteurs simples, sans optique particulière que celle qui permet de collimater leurs faisceaux, ce qui est une caractéristique classique dans les émetteurs du commerce. En outre, l'utilisation de plusieurs émetteurs permet d'assurer une illumination plus uniforme de la totalité de la surface prédéfinie.  This feature makes it possible to use simple transmitters without any particular optics than that which makes it possible to collimate their beams, which is a classic characteristic in commercial transmitters. In addition, the use of multiple transmitters ensures a more uniform illumination of the entire predefined area.
Selon une caractéristique avantageuse, permise par la caractéristique précédente, le système comprend un module de commande de l'allumage des émetteurs aptes à commander des allumages successifs des émetteurs.  According to an advantageous characteristic, permitted by the preceding characteristic, the system comprises a control module for the ignition of the emitters able to control successive ignitions of the emitters.
Chaque éclairage d'émetteur définissant une ligne prédéfinie de la surface prédéfinie, cette caractéristique permet de coupler l'utilisation des dispositifs de détection d'une direction angulaire avec la connaissance de la séquence d'éclairage des émetteurs. Il devient alors possible de vérifier la cohérence des détections des directions angulaires effectuées par les dispositifs de détection à un instant donné puisque l'intersection déterminée doit alors se trouver sur la ligne définie par le faisceau lumineux de l'émetteur allumé à l'instant donné.  Each emitter illumination defining a predefined line of the predefined surface, this characteristic makes it possible to couple the use of the detection devices of an angular direction with the knowledge of the lighting sequence of the emitters. It then becomes possible to check the coherence of the detections of the angular directions made by the detection devices at a given moment since the determined intersection must then be on the line defined by the light beam of the emitter on at the given moment. .
Selon une caractéristique préférentielle, le module de commande de l'allumage des émetteurs est apte à élaborer, en temps réel, des séquences d'illumination des émetteurs en fonction de la position déterminée de l'objet sur la surface prédéfinie.  According to a preferred characteristic, the emitter control module is able to produce, in real time, the emitter illumination sequences as a function of the determined position of the object on the predefined surface.
En effet, il peut être avantageux, une fois la position de l'objet déterminée, de n'allumer que les émetteurs voisins de cette position afin de permettre un suivi très rapide de la position de l'objet sur la surface prédéfinie. Une telle gestion intelligente de l'allumage des émetteurs permet une très grande rapidité de réaction du système de détermination de la position d'un objet présent sur une surface prédéfinie selon l'invention. Indeed, it can be advantageous, once the position of the object determined, to turn on only transmitters neighboring this position to allow a very fast tracking of the position of the object on the predefined surface. Such intelligent management of the emitters' lighting allows a very large speed of reaction of the system for determining the position of an object present on a predefined surface according to the invention.
Dans un mode de réalisation préférentiel, les dispositifs de détection d'une direction angulaire dans laquelle se trouve un objet comprennent chacun au moins deux récepteurs présentant chacun une surface de réception sur laquelle la puissance radiante reçue en provenance d'un objet est dépendant de l'angle sous lequel est vu l'objet selon une courbe de dépendance strictement monotone de la puissance radiante reçue en fonction de l'angle sous lequel est vu l'objet, les deux surfaces de réception étant placées côte à côte mais chacune dans un plan distinct, les deux plans faisant entre eux un angle compris entre 1° et 150° et formant ainsi une arête dite arête du dispositif, le dispositif étant destiné à être positionné de telle façon que la portion de l'espace définie entre ces deux plans inclut la surface prédéfinie sur laquelle est susceptible de se trouver l'objet,  In a preferred embodiment, the devices for detecting an angular direction in which an object is located each comprise at least two receivers each having a reception surface on which the radiant power received from an object is dependent on the object. angle at which the object is viewed according to a strictly monotonic dependence curve of the radiant power received as a function of the angle at which the object is viewed, the two receiving surfaces being placed side by side but each in a plane distinct, the two planes forming between them an angle between 1 ° and 150 ° and thus forming a so-called edge edge of the device, the device being intended to be positioned in such a way that the portion of the space defined between these two plans includes the predefined surface on which the object may be located,
chaque dispositif comprenant en outre un module électronique comprenant des moyens pour, lors d'une illumination de la surface prédéterminée avec un rayonnement présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques :  each device further comprising an electronic module comprising means for, upon illumination of the predetermined surface with radiation having specific spectral and / or modulation characteristics:
- recevoir les signaux optiques reçus par chacun des récepteurs, - extraire, de chaque signal reçu par un récepteur, la puissance radiante de la part du signal optique présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques reçue par ce récepteur,  receiving the optical signals received by each of the receivers; extracting, from each signal received by a receiver, the radiant power from the optical signal having specific spectral and / or modulation characteristics received by this receiver,
- à partir de ces puissances radiantes, déterminer les angles sous lesquels l'objet est vu par chacun des récepteurs en considérant que les récepteurs reçoivent la même intensité lumineuse mais sous des angles différents,  - from these radiant powers, determine the angles under which the object is seen by each of the receivers, considering that the receivers receive the same luminous intensity but at different angles,
- déterminer la direction angulaire d'un plan passant par l'arête du dispositif et où se trouve l'objet.  - determine the angular direction of a plane passing through the edge of the device and where is the object.
Avec cette caractéristique, chaque dispositif de détection d'une direction angulaire comprend deux récepteurs positionnés dans deux positions angulaires distinctes, ces deux récepteurs présentant une surface pour laquelle l'angle sous lequel est vu l'objet influence de manière monotone la puissance radiante reçue sur le récepteur. En considérant que l'intensité lumineuse reçue sur les deux récepteurs de chaque dispositif de détection d'une direction angulaire est identique, la seule différence entre les intensités reçues sur les deux récepteurs d'un même dispositif de détection est ainsi due à l'angle sous lequel est vu l'objet. Cela est vrai quand la distance entre les deux récepteurs est négligeable par rapport à la distance récepteur-doigt. C'est l'hypothèse sur laquelle l'invention se fonde. With this characteristic, each device for detecting an angular direction comprises two receivers positioned in two distinct angular positions, these two receivers having a surface for which the angle under which the object is viewed monotonically influences the radiant power received on the receiver. Considering that the luminous intensity received on the two receivers of each device for detecting an angular direction is identical, the only difference between the intensities received on the two receivers of the same detection device is thus due to the angle under which is seen the object. This is true when the distance between the two receivers is negligible compared to the receiver-finger distance. This is the hypothesis on which the invention is based.
Il est ainsi possible directement d'obtenir cet angle. Chacun des dispositifs de détection d'une direction angulaire est alors utilisé pour déterminer un angle de part et d'autre du côté d'émission. L'intersection des deux plans passant par les arêtes des dispositifs de détection et orientés dans les directions angulaires détectées définit une droite. L'intersection entre cette droite et la surface prédéfinie donnent la position de l'objet.  It is thus possible directly to obtain this angle. Each of the angular direction detecting devices is then used to determine an angle on either side of the transmitting side. The intersection of the two planes passing through the edges of the detection devices and oriented in the detected angular directions defines a straight line. The intersection between this line and the predefined surface gives the position of the object.
Selon une caractéristique avantageuse, chaque récepteur comprend un réflecteur apportant la lumière reçue sur la surface de réception du récepteur sur une surface de détection lambertienne, cette surface de détection lambertienne étant alors placée dans un même plan parallèle au plan d'émission de l'émetteur.  According to an advantageous characteristic, each receiver comprises a reflector bringing the light received on the reception surface of the receiver on a Lambertian detection surface, this Lambertian detection surface then being placed in a same plane parallel to the transmission plane of the transmitter. .
Avec cette caractéristique, on autorise que la seule entité faisant relief au- dessus de la surface prédéfinie soit le réflecteur. En effet, avec cette réalisation, les deux surfaces de détection lambertienne sont positionnées sur un même plan qui est avantageusement identique ou du moins parallèle à celui de la surface prédéfinie, ce qui est tout à fait intéressant du point de vue de l'intégration du système. Typiquement, une telle surface de détection lambertienne sera celle d'un composant du type photodiode ou phototransistor dépourvu de lentille, lequel est disponible dans le commerce. En effet, la sensibilité angulaire de ce genre de composant dépourvu de lentille est fixée par les lois de la physique et de l'optique. Elle est donc proportionnelle au cosinus de l'angle formé par la source lumineuse, ici, l'objet reflétant la lumière et la normale au capteur.  With this feature, it is allowed that the only feature of relief above the predefined surface is the reflector. Indeed, with this embodiment, the two lambertian detection surfaces are positioned on the same plane which is advantageously identical or at least parallel to that of the predefined surface, which is quite interesting from the point of view of the integration of the system. Typically, such a Lambertian detection surface will be that of a photodiode or phototransistor component without a lens, which is commercially available. Indeed, the angular sensitivity of this kind of component without a lens is fixed by the laws of physics and optics. It is therefore proportional to the cosine of the angle formed by the light source, here the object reflecting the light and the normal to the sensor.
Dans une réalisation préférentielle, le réflecteur présente une surface correspondant à une moitié du solide formé par la révolution de la base d'une parabole autour d'un axe perpendiculaire à l'axe focal de la parabole, les moitiés étant déterminées de part et d'autre d'un plan passant par l'axe focal de la parabole, le foyer de la parabole situé dans le plan médian du réflecteur étant situé sur la surface de détection. Un tel réflecteur est particulièrement adapté pour conserver la propriété de dépendance de la puissance radiante reçue à l'angle sous lequel l'objet est vu. Un tel réflecteur permet ainsi de rapporter la sensibilité angulaire selon la loi de Lambert de la surface de détection sur la surface de réception qui est perpendiculaire à celle-ci et qui est la surface d'entrée du réflecteur. In a preferred embodiment, the reflector has a surface corresponding to one-half of the solid formed by the revolution of the base of a parabola about an axis perpendicular to the focal axis of the parabola, the halves being determined from the another of a plane passing through the focal axis of the parabola, the focus of the dish located in the median plane of the reflector being located on the sensing surface. Such a reflector is particularly adapted to retain the dependence property of the radiant power received at the angle under which the object is seen. Such a reflector thus makes it possible to relate the angular sensitivity according to Lambert's law of the detection surface to the reception surface which is perpendicular to it and which is the entrance surface of the reflector.
Avantageusement, la surface de détection est centrée sur le foyer de la parabole.  Advantageously, the detection surface is centered on the focus of the dish.
Cette caractéristique permet de conserver une bonne compacité au récepteur et aussi d'assurer une dépendance de la puissance radiante à l'angle de réception.  This characteristic makes it possible to maintain a good compactness of the receiver and also to ensure a dependence of the radiant power at the reception angle.
Selon une caractéristique avantageuse, l'axe de révolution du réflecteur est tel que le foyer de la parabole est à l'intérieur du réflecteur.  According to an advantageous characteristic, the axis of revolution of the reflector is such that the focus of the dish is inside the reflector.
Cette caractéristique permet de bien placer la surface de détection centrée ou légèrement décalée sur le foyer de la parabole.  This characteristic makes it possible to place the sensing surface centered or slightly offset on the focus of the dish.
Avantageusement, la distance focale de la parabole est comprise entre Advantageously, the focal length of the dish is between
0.5 et 1.2 fois la taille de la surface photosensible du détecteur. 0.5 and 1.2 times the size of the photosensitive surface of the detector.
Cette caractéristique permet d'optimiser le rapport entre énergie entrante et encombrement du dispositif.  This characteristic makes it possible to optimize the ratio between incoming energy and size of the device.
L'invention concerne aussi un procédé optique et électronique de détermination d'une position d'un objet présent sur une surface prédéfinie, le procédé comprenant les étapes de :  The invention also relates to an optical and electronic method for determining a position of an object present on a predefined surface, the method comprising the steps of:
- disposer au moins un émetteur sur un coté dit d'émission de la surface prédéfinie émettant un faisceau d'un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde comprise entre 100 nm et 10 μιτι couvrant la surface prédéfinie et présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques permettant de la détecter y compris en présence d'une lumière naturelle de haute intensité,  - Have at least one transmitter on a so-called emission side of the predefined surface emitting a beam of electromagnetic radiation of wavelength between 100 nm and 10 μιτι covering the predefined surface and having spectral characteristics and / or specific modulation to detect it, including in the presence of high intensity natural light,
- disposer, de part et d'autre du côté d'émission, deux dispositifs de détection d'une direction angulaire dans laquelle se trouve l'objet présentant chacun une zone de couverture, de telle façon que les zones de couverture incluent chacune la surface prédéfinie,  disposing, on both sides of the emission side, two devices for detecting an angular direction in which the object, each having a coverage area, is located, so that the coverage areas each include the surface predefined,
- détecter deux directions angulaires dans lesquelles se trouve l'objet avec chacun des dispositifs de direction angulaire, - déterminer la position de l'objet sur la surface prédéfinie, connaissant la position des deux dispositifs par rapport à la surface prédéfinie et les directions angulaires dans lesquelles se trouve l'objet par rapport à chacun des dispositifs de détection d'une direction angulaire, par intersection de la surface prédéfinie et des deux directions angulaires déterminées par rapport aux dispositifs de détection. detecting two angular directions in which the object is located with each of the angular direction devices, determining the position of the object on the predefined surface, knowing the position of the two devices with respect to the predefined surface and the angular directions in which the object is located with respect to each of the detection devices of an angular direction, by intersection of the predefined surface and the two angular directions determined with respect to the detection devices.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :  Other features and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the accompanying drawings which illustrate an embodiment having no limiting character. In the figures:
- la figure 1 montre le principe de base de l'invention ;  - Figure 1 shows the basic principle of the invention;
- la figure 2 montre schématiquement un mode de réalisation selon l'invention ;  FIG. 2 schematically shows an embodiment according to the invention;
- la figure 3 montre schématiquement un dispositif de détection de la direction angulaire selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention ;  FIG. 3 schematically shows a device for detecting the angular direction according to a preferred embodiment of the invention;
- la figure 4 montre un exemple préférentiel d'un dispositif de détection d'une direction angulaire selon l'invention ;  FIG. 4 shows a preferred example of a device for detecting an angular direction according to the invention;
- la figure 5 illustre la loi de Lambert ;  - Figure 5 illustrates Lambert's law;
- la figure 6 montre une section d'un réflecteur utilisé dans le dispositif de détection montré sur la figure 4.  FIG. 6 shows a section of a reflector used in the detection device shown in FIG. 4.
Description détaillée d'un mode de réalisation Detailed description of an embodiment
La figure 1 montre le principe de base de l'invention pour déterminer la position d'un objet 2 sur une surface S prédéfinie de largeur L et de profondeur P.  FIG. 1 shows the basic principle of the invention for determining the position of an object 2 on a predefined surface S of width L and depth P.
Selon l'invention, au moins un émetteur E est disposé sur un côté d'émission noté CE de la surface S. Cet émetteur E émet un faisceau de rayonnement couvrant la surface prédéfinie S et présente des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifique permettant de la détecter, y compris en présence d'une lumière naturelle de haute intensité. Typiquement, un principe de compensation telle que décrit dans le document FR 08 59048 est utilisé. Le système selon l'invention comprend deux dispositifs de détection Dl et D2 d'une direction angulaire, chacun apte à déterminer une direction angulaire al, a2 dans laquelle se trouve l'objet 2 par rapport au dispositif concerné. Chacun des dispositifs de détection d'une direction angulaire présente une zone de couverture couvrant la totalité de la surface S. According to the invention, at least one emitter E is disposed on an emission side denoted CE of the surface S. This emitter E emits a beam of radiation covering the predefined surface S and has spectral and / or specific modulation characteristics enabling to detect it, even in the presence of natural light of high intensity. Typically, a compensation principle as described in document FR 08 59048 is used. The system according to the invention comprises two detection devices D1 and D2 of an angular direction, each able to determine an angular direction al, a2 in which the object 2 is located with respect to the device concerned. Each of the angular direction detecting devices has a coverage area covering the entire S surface.
Il est donc nécessaire que les deux dispositifs Dl et D2 couvrent chacun au moins chacun le quart d'espace dans lequel est vue la surface S à partir de chacun des dispositifs de détection.  It is therefore necessary that the two devices D1 and D2 each cover at least one quarter of space in which the surface S is viewed from each of the detection devices.
Le doigt 2 réfléchit une partie de la lumière émise par l'émetteur E vers les dispositifs de détection d'une direction angulaire Dl et D2. Cette lumière réfléchie est traitée par chaque dispositif de détection et la direction angulaire est ainsi détectée. Les deux dispositifs Dl et D2 sont reliés à un module électronique 10 qui est apte à calculer la position XY de l'objet 2 sur la surface S, en fonction de la position des dispositifs de détection Dl et D2 par rapport à la surface S prédéfinie et en fonction des directions angulaires al, a2 dans lesquelles se trouve l'objet 2 définies par chacun des dispositifs de détection de la direction angulaire Dl et D2.  The finger 2 reflects a portion of the light emitted by the emitter E to the detection devices of an angular direction D1 and D2. This reflected light is processed by each detection device and the angular direction is thus detected. The two devices D1 and D2 are connected to an electronic module 10 which is able to calculate the position XY of the object 2 on the surface S, as a function of the position of the detection devices D1 and D2 with respect to the predefined surface S and according to the angular directions a1, a2 in which the object 2 defined by each of the angular direction detection devices D1 and D2 is located.
En effet, en fonction des deux angles déterminés par ces dispositifs, par triangulation, le module 10 détermine la position de l'objet en utilisant la formule : sin(£û2)cos(al)  Indeed, according to the two angles determined by these devices, by triangulation, the module 10 determines the position of the object using the formula: sin (2) cos (al)
A — L·  A - L ·
sin(orl) cos(or2) + cos(orl) sin(or2)  sin (or1) cos (or2) + cos (or1) sin (or2)
sin(orl) sin(or2)  sin (orl) sin (or2)
sin(orl) cos(or2) + cos(orl) sin(or2)  sin (or1) cos (or2) + cos (or1) sin (or2)
La figure 2 montre schématiquement un mode de réalisation avantageux de l'invention. Figure 2 shows schematically an advantageous embodiment of the invention.
Dans ce mode de réalisation, une pluralité d'émetteurs El à E7 sont disposés sur le côté d'émission CE d'une surface S. Les émetteurs El à E7 sont alignés les uns à côté des autres et disposent éventuellement chacun d'une lentille Ll à L7 permettant de collimater la lumière émise en un faisceau sensiblement parallèle. Sur la figure 2, sont représentés deux faisceaux F2, F3 émis par les émetteurs E2 et E3. On voit que ces faisceaux sont légèrement divergents et éclairent l'intégralité de la surface prédéfinie sans trou ni zone morte entre eux sur la surface S. Le fait de collimater les faisceaux permet par ailleurs d'augmenter la portée de détection et de permettre que la détection reste dans la surface prédéfinie. On remarque ici que, avantageusement, la lumière sera collimatée sur la surface prédéfinie afin d'éviter des détections tridimensionnelles parasites. In this embodiment, a plurality of emitters E1 to E7 are disposed on the emission side CE of a surface S. The emitters E1 to E7 are aligned next to one another and may each have a lens Ll to L7 for collimating the emitted light in a substantially parallel beam. FIG. 2 shows two beams F2, F3 emitted by the emitters E2 and E3. We see that these beams are slightly divergent and illuminate the entirety of the predefined surface without hole or dead zone between them on the surface S. The fact of collimating the beams also makes it possible to increase the range of detection and to allow that the detection remains in the predefined area. It should be noted here that, advantageously, the light will be collimated on the predefined surface in order to avoid parasitic three-dimensional detections.
Ils émettent avantageusement une lumière infrarouge comportant des caractéristiques spectrales et de modulation particulières permettant de détecter le rayonnement infrarouge émis par les émetteurs, y compris en présence d'une lumière naturelle envahissante. Typiquement la lumière est alors modulée avec une fréquence de modulation située entre 30 et 100 kHz. En dessous de 30 kHz, le dispositif sera davantage perturbé par les éclairages alimentés par un système électronique à découpage, à plus de 100 kHz, la sensibilité aux signaux radiofréquence devient gênante. La sensibilité spectrale du récepteur est par ailleurs choisie la plus fine possible, centrée sur le pic d'émissivité spectrale de l'émetteur.  They advantageously emit infrared light with particular spectral and modulation characteristics making it possible to detect the infrared radiation emitted by the emitters, even in the presence of invading natural light. Typically the light is then modulated with a modulation frequency between 30 and 100 kHz. Below 30 kHz, the device will be more disturbed by the lights powered by an electronic switching system, more than 100 kHz, sensitivity to radio frequency signals becomes troublesome. The spectral sensitivity of the receiver is also chosen as thin as possible, centered on the spectral emissivity peak of the transmitter.
La pluralité d'émetteurs peut être remplacée par un émetteur unique, muni d'une lentille transformant son faisceau de sortie en un faisceau plan couvrant l'intégralité de la surface prédéfinie S. Il est aussi possible d'utiliser un générateur de plan lumineux basé sur une technologie laser.  The plurality of transmitters may be replaced by a single transmitter, provided with a lens transforming its output beam into a plane beam covering the entire predefined area S. It is also possible to use a light plan generator based on on a laser technology.
De chaque côté de la rangée d'émetteurs El à E7, sont placés deux dispositifs de détection d'une direction angulaire Dl et D2. Ces dispositifs de détection d'une direction angulaire Dl et D2 sont aptes à recevoir et traiter un rayonnement, préférentiellement infrarouge, présentant des caractéristiques de modulation particulières pour déterminer la direction angulaire de l'objet 2, sous laquelle est vu cet objet 2 du dispositif de détection d'une direction angulaire Dl et D2.  On each side of the row of emitters E1 to E7 are placed two devices for detecting an angular direction D1 and D2. These devices for detecting an angular direction D1 and D2 are capable of receiving and processing a radiation, preferably an infrared radiation, having particular modulation characteristics for determining the angular direction of the object 2, under which this object 2 of the device is seen. detecting an angular direction D1 and D2.
Ainsi, à réception d'une lumière présentant les caractéristiques de modulation spécifiques attendues pour un éclairage par un des émetteurs et réflexion sur un objet 2 présent sur la surface S, les détecteurs Dl et D2 déterminent chacun une direction angulaire al et a2 dans laquelle se trouve l'objet 2. Ici, les directions angulaires sont des valeurs d'angle al, a2 entre le coté d'émission CE et le plan PI ou P2 passant par l'objet 2 et le dispositif Dl ou D2. Thus, upon receiving a light having the specific modulation characteristics expected for illumination by one of the emitters and reflection on an object 2 present on the surface S, the detectors D1 and D2 each determine an angular direction al and a2 in which find the object 2. Here, the angular directions are angle values α1, α2 between the emission side CE and the plane PI or P2 passing through the object 2 and the device D1 or D2.
Une fois que chacun des deux dispositifs a déterminé cette direction angulaire, celle-ci est envoyée vers un module qui détermine la position de l'objet 2 sur la surface S selon le principe décrit sur la figure 1.  Once each of the two devices has determined this angular direction, it is sent to a module which determines the position of the object 2 on the surface S according to the principle described in FIG.
La figure 3 montre une réalisation particulière du dispositif de détection de direction angulaire D2 utilisé sur la figure 2. Dans ce mode de réalisation préférentiel, le détecteur D2 comprend deux récepteurs RI et R2 comprenant chacun une surface de réception SI et S2. Sur ces surfaces SI et S2, la puissance radiante reçue en provenance de l'objet 2 est dépendante des angles a et β sous lesquels est vu l'objet 2 par rapport à la normale à ces surfaces SI et S2. Cette dépendance de la puissance radiante reçue en fonction de l'angle sous lequel est vu l'objet 2 suit une courbe de dépendance strictement monotone.  FIG. 3 shows a particular embodiment of the angular direction detection device D2 used in FIG. 2. In this preferred embodiment, the detector D2 comprises two receivers R1 and R2 each comprising a reception surface S1 and S2. On these surfaces S1 and S2, the radiant power received from the object 2 is dependent on the angles a and β under which the object 2 is seen with respect to the normal to these surfaces S1 and S2. This dependence of the radiant power received as a function of the angle at which the object 2 is viewed follows a strictly monotonous dependence curve.
Selon ce mode de réalisation, les deux surfaces de réception SI et S2 sont placées côte à côte mais chacune dans un plan distinct. Les deux plans font, entre eux, un angle égal à 90° dans l'exemple présenté sur la figure 3. L'intersection entre les deux plans forme une arête dite « arête du dispositif » notée AD2. On voit ici que la portion de l'espace défini entre les deux plans inclut la surface prédéfinie S sur laquelle est susceptible de se trouver l'objet 2.  According to this embodiment, the two receiving surfaces S1 and S2 are placed side by side but each in a separate plane. The two planes make, between them, an angle equal to 90 ° in the example shown in FIG. 3. The intersection between the two planes forms an edge called "edge of the device" denoted AD2. We see here that the portion of the space defined between the two planes includes the predefined surface S on which object 2 may be found.
Le dispositif D2 inclut ou est relié à un module électronique M2 qui reçoit les signaux reçus par chacun des deux récepteurs RI et R2. Ce module M2 est apte à extraire, de chaque signal reçu par un récepteur RI ou R2, une puissance radiante présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulations spécifiques reçues par ce récepteur.  The device D2 includes or is connected to an electronic module M2 which receives the signals received by each of the two receivers R1 and R2. This module M2 is able to extract, from each signal received by a receiver R1 or R2, a radiant power having spectral characteristics and / or specific modulations received by this receiver.
En faisant l'hypothèse que les surfaces de réception ont des comportements lambertiens (loi de Lambert) c'est-à-dire que la puissance radiante reçue sur une surface est proportionnelle au cosinus de l'angle sous lequel l'objet réfléchissant est vu par rapport à la normale à cette surface, les puissances radiantes reçues s'expriment alors sous la forme : Assuming that the receiving surfaces have Lambertian behaviors (Lambert's law) that is to say that the radiant power received on a surface is proportional to the cosine of the angle under which the reflective object is seen relative to the normal at this surface, the received radiant powers are expressed then in the form:
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
52 =S2/0.cos( ) A partir de ces puissances radiantes, le module électronique M2 considère que la distance entre les deux récepteurs est négligeable par rapport aux distances entre l'émetteur et l'objet et entre le détecteur et l'objet. 5 2 = S 2/0 .cos () From these radiant powers, the electronic module M2 considers that the distance between the two receivers is negligible compared to the distances between the transmitter and the object and between the detector and the object.
Il considère que les deux récepteurs RI et R2 sont confondus. Ainsi les deux récepteurs RI et R2 reçoivent la même intensité lumineuse mais sous des angles différents et donc que Si,0 = S2,o = S0. Comme les deux récepteurs sont en outre placés à 90° l'un de l'autre, β = π/2 - α. He considers that the two receivers RI and R2 are merged. Thus the two receivers R1 and R2 receive the same luminous intensity but at different angles and therefore that Si, 0 = S 2 , o = S 0 . Since the two receivers are also placed at 90 ° to one another, β = π / 2 - α.
Ainsi : So :
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
52 = S0.cos(7t/2 - a) = So.sin(a) 5 2 = S 0 .cos (7t / 2 - a) = So.sin (a)
Ainsi = a So = a
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000017_0002
La valeur du signal réfléchi est alors éliminée et l'angle a est ainsi obtenu en fonction des deux signaux reçus. Le module M2 détermine donc ensuite la direction angulaire β sous laquelle l'objet 2 est vu par le récepteur RI, puis directement la direction angulaire oc2 d'un plan P2 passant par l'arête AD2 du dispositif.  The value of the reflected signal is then eliminated and the angle a is thus obtained as a function of the two received signals. The module M2 then determines the angular direction β under which the object 2 is seen by the receiver R1, then directly the angular direction oc2 of a plane P2 passing through the edge AD2 of the device.
Cependant, on voit bien sur la figure 3 qu'il n'est pas possible de distinguer la différence de position entre les deux objets 2X et 22 qui se situent dans la même direction angulaire par rapport au dispositif de détection d'une direction angulaire D2. La mesure effectuée de l'autre coté du coté d'émission CE par le détecteur Dl permet de déterminer complètement la position de l'objet 2 en déterminant la direction angulaire al du plan Pl. However, it is clearly seen in FIG. 3 that it is not possible to distinguish the difference in position between the two objects 2 X and 2 2 that are in the same angular direction with respect to the device for detecting a direction. angular D2. The measurement made on the other side of the EC emission side by the detector D1 makes it possible to completely determine the position of the object 2 by determining the angular direction α1 of the plane Pl.
On voit ici que l'objet peut présenter n'importe quelle caractéristique de réflexion de la lumière émise sauf cas extrêmes pour lesquels les approximations réalisées ci-dessus ne sont plus valables, notamment lorsque la composante spéculaire de l'objet réfléchissant est prépondérante. C'est le cas pour les miroirs, les objets en métal poli. Cela n'est pas préjudiciable à la détermination de la position bidimensionnelle de l'objet dès lors que deux prises de mesure angulaire sont effectuées de chaque coté du coté d'émission CE.  It can be seen here that the object can exhibit any reflection characteristic of the light emitted except in extreme cases for which the approximations made above are no longer valid, especially when the specular component of the reflecting object is predominant. This is the case for mirrors, polished metal objects. This is not detrimental to the determination of the two-dimensional position of the object as soon as two angular measurements are taken on each side of the emission side CE.
On note ici que les récepteurs lambertiens sont sensibles dans l'espace. Il peut donc se produire des détections parasites tridimensionnelles. Dans ce cas, une optique est ajoutée pour restreindre la sensibilité des récepteurs au plan. Cela augmente en outre leur sensibilité dans ce plan. Une telle optique agit seulement sur la sensibilité dans la direction perpendiculaire à la surface S prédéfinie. It is noted here that lambertian receptors are sensitive in space. It can therefore occur three-dimensional parasitic detections. In this case, an optic is added to restrict the sensitivity of the receivers to the plane. This further increases their sensitivity in this plane. Such optics only act on the sensitivity in the direction perpendicular to the predefined surface S.
Il est possible de disposer des composants photosensibles dépourvus d'optique dans le commerce en coin comme cela est montré sur la figure 3. Néanmoins, ceux-ci, que l'on trouve en général dans un package dépourvu d'optique, se soudent en général parallèlement au circuit imprimé. La réalisation à faible cout du dispositif de détection d'une direction angulaire ainsi que montré sur la figure 3 avec des composants discrets est donc difficile.  It is possible to have the light-sensitive components without optical in the corner trade as shown in Figure 3. Nevertheless, these, which are generally found in a package devoid of optics, are welded into general parallel to the printed circuit. The low-cost realization of the detection device of an angular direction as shown in Figure 3 with discrete components is difficult.
La figure 4 montre un mode de réalisation préférentiel des récepteurs RI et R2. Dans ce mode de réalisation préférentiel, les surfaces de réception SI et S2 sont des surfaces d'entrée dans un réflecteur RF1, RF2. Chacune de ces surfaces d'entrée SI et S2 appartient à un plan. L'intersection des deux plans portant les deux surfaces de réception SI et S2 définit l'arête AD2 du dispositif D2.  Figure 4 shows a preferred embodiment of the RI and R2 receptors. In this preferred embodiment, the receiving surfaces S1 and S2 are input surfaces in a reflector RF1, RF2. Each of these input surfaces S1 and S2 belongs to a plane. The intersection of the two planes carrying the two receiving surfaces S1 and S2 defines the edge AD2 of the device D2.
Les réflecteurs RF1 et RF2 réfléchissent les rayonnements traversant les surfaces de réception SI et S2, respectivement vers une surface de détection SD1 et SD2. Ces surfaces de détection SD1 et SD2 sont coplanaires.  The reflectors RF1 and RF2 reflect the radiation passing through the receiving surfaces S1 and S2 respectively to a detection surface SD1 and SD2. These detection surfaces SD1 and SD2 are coplanar.
Pour la mise en œuvre de l'invention, il est indispensable que la puissance radiante qui vient frapper la surface de détection SD1 ou SD2 soit en dépendance strictement monotone avec l'angle sous lequel l'objet est vu par rapport à l'arête AD1 ou AD2.  For the implementation of the invention, it is essential that the radiant power which strikes the detection surface SD1 or SD2 is in strictly monotonic dependence with the angle under which the object is seen with respect to the edge AD1 or AD2.
Dans la réalisation préférentielle présentée sur la figure 4, le réflecteur RF1 possède des propriétés particulières permettant de réfléchir tous les rayons venant frapper la surface de réception SI de manière à les ramener vers une surface de détection SD1 lambertienne en maintenant la variation strictement monotone de cette dernière entre puissance reçue et angle de vision.  In the preferred embodiment shown in FIG. 4, the reflector RF1 has particular properties making it possible to reflect all the rays striking the reception surface S1 in order to bring them back to a Lambertian SD1 detection surface while maintaining the strictly monotonic variation of this last between received power and viewing angle.
Cette caractéristique permet, en supposant que les deux récepteurs RI et R2 reçoivent la même intensité lumineuse, de déterminer la direction angulaire du plan passant par l'arête AD2 dans laquelle se trouve l'objet ainsi que décrit auparavant.  This characteristic makes it possible, assuming that the two receivers R1 and R2 receive the same light intensity, to determine the angular direction of the plane passing through the edge AD2 in which the object is located as described previously.
Le réflecteur RF1 joue en outre le rôle d'optique de sélection dans l'espace. En effet, les propriétés du réflecteur RF1 permettent de ne réceptionner que les rayonnements provenant de la proximité de la surface prédéfinie. On évite ainsi des détections parasites en trois dimensions. The reflector RF1 also plays the role of optical selection in space. Indeed, the properties of the reflector RF1 make it possible to receive as radiation from the proximity of the predefined surface. This prevents parasitic detections in three dimensions.
Les surfaces lambertiennes sont typiquement des composants du commerce dépourvus de lentille. La figure 5 illustre la propriété lambertienne d'un composant. Lorsque l'objet 2 est vu par rapport à la normale à la surface de détection SD avec un angle a, la surface SD émet un signal électrique proportionnel à la puissance radiante qu'elle reçoit qui, à intensité lumineuse fixe, est proportionnel au cosinus de l'angle a.  Lambertian surfaces are typically commercial components without a lens. Figure 5 illustrates the Lambertian property of a component. When the object 2 is seen with respect to the normal to the detection surface SD with an angle a, the surface SD emits an electrical signal proportional to the radiant power which it receives which, at fixed luminous intensity, is proportional to the cosine from the angle a.
La figure 6 montre une section médiane d'un réflecteur tel qu'utilisé sur la figure 4. Cette section forme un arc de parabole de foyer F et d'axe focal OX. Le réflecteur est donc le solide obtenu par révolution de cet arc sur un demi-espace autour de l'axe OZ perpendiculaire à l'axe focal OX. Ce réflecteur permet de conserver la dépendance à l'angle sous lequel est vu l'objet et permet d'assurer une bonne sensibilité plane aux dispositifs de détection d'une position angulaire. Un tel réflecteur permet en outre d'obtenir une zone de couverture d'un quart d'espace utile pour la réalisation d'un système selon l'invention.  FIG. 6 shows a median section of a reflector as used in FIG. 4. This section forms a parabola arc of focus F and focal axis OX. The reflector is the solid obtained by revolution of this arc on a half-space around the axis OZ perpendicular to the focal axis OX. This reflector makes it possible to maintain the dependence at the angle under which the object is viewed and makes it possible to ensure good planar sensitivity to the detection devices of an angular position. Such a reflector also makes it possible to obtain a coverage area of a quarter of usable space for the production of a system according to the invention.
On remarque enfin que diverses mises en œuvre peuvent être réalisées selon les principes de l'invention.  Finally, we note that various implementations can be made according to the principles of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système optique et électronique de détermination d'une position d'un objet (2) présent sur une surface (S) prédéfinie, le système comprenant au moins un émetteur (E) disposé sur un coté dit d'émission (CE) de la surface (S) prédéfinie émettant un faisceau (F) d'un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde comprise entre 100 nm et 10 μιτι couvrant la surface (S) prédéfinie et présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques permettant de la détecter y compris en présence d'une lumière naturelle de haute intensité, 1. An optical and electronic system for determining a position of an object (2) present on a predefined surface (S), the system comprising at least one transmitter (E) disposed on a so-called emission side (CE) of the predefined surface (S) emitting a beam (F) of electromagnetic radiation of wavelength between 100 nm and 10 μιτι covering the predefined surface (S) and having specific spectral and / or modulation characteristics allowing the detect even in the presence of natural light of high intensity,
ce système comprenant deux dispositifs de détection (D1,D2) d'une direction angulaire (ocl,oc2) dans laquelle se trouve l'objet (2) présentant chacun une zone de couverture, ces deux dispositifs (D1,D2) étant positionnés de part et d'autre du coté d'émission (CE) de telle façon que les zones de couverture incluent chacune la surface (S) prédéfinie, ces deux dispositifs de détection (D1,D2) étant aptes à déterminer la direction angulaire (ocl,oc2) de l'objet (2) à réception de signaux présentant les caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques réfléchis par celui-ci, et comprenant un module (10) de détermination de la position de l'objet (2) pour, connaissant la position des deux dispositifs (D1,D2) par rapport à la surface (S) prédéfinie et la direction angulaire (ocl,oc2) dans laquelle se trouve l'objet (2) par rapport à chacun des dispositifs de détection (D1,D2) d'une direction angulaire (ocl,oc2), en déduire la position de l'objet (2) sur la surface (S) prédéfinie par intersection de la surface (S) prédéfinie et des deux directions angulaires (ocl,oc2) déterminées par rapport aux dispositifs de détection (D1,D2), le système étant en outre tels que les dispositifs de détection (D1,D2) d'une direction angulaire (ocl,oc2) dans laquelle se trouve un objet (2) comprennent chacun au moins deux récepteurs (R1,R2) sensibles à des rayonnements électromagnétiques de longueur d'onde comprise entre 100 nm et 10 μιτι, délivrant un photo-courant brut en sortie et présentant chacun une surface de réception (S1,S2) sur laquelle la puissance radiante reçue en provenance d'un objet (2), et donc le photo-courant brut délivré en sortie, est dépendante de l'angle (α,β) sous lequel est vu l'objet (2) selon une courbe de dépendance strictement monotone de la puissance radiante reçue en fonction de l'angle (α,β) sous lequel est vu l'objet (2), les deux surfaces de réception (S1,S2) étant placées côte à côte mais chacune dans un plan distinct, les deux plans faisant entre eux un angle compris entre 1° et 150° et formant ainsi une arête dite arête du dispositif (AD), chaque dispositif (D1,D2) étant destiné à être positionné de telle façon que la portion de l'espace définie entre ces deux plans inclut la surface (S) prédéfinie sur laquelle est susceptible de se trouver l'objet (2), this system comprising two detection devices (D1, D2) of an angular direction (ocl, oc2) in which there is the object (2) each having a coverage area, these two devices (D1, D2) being positioned from both sides of the emission side (CE) in such a way that the coverage areas each include the predefined surface (S), these two detection devices (D1, D2) being able to determine the angular direction (ocl, oc2) of the object (2) receiving signals having the specific spectral and / or modulation characteristics reflected therefrom, and comprising a module (10) for determining the position of the object (2) for, knowing the position of the two devices (D1, D2) with respect to the predefined surface (S) and the angular direction (ocl, oc2) in which the object (2) is located with respect to each of the detection devices (D1, D2) of an angular direction (ocl, oc2), deduce the position of the object (2) on the area (S) predefined by intersection of the predefined area (S) and the two angular directions (oc1, oc2) determined with respect to the detection devices (D1, D2), the system being further such that the detection devices ( D1, D2) of an angular direction (ocl, oc2) in which there is an object (2) each comprise at least two receivers (R1, R2) sensitive to electromagnetic radiation with a wavelength of between 100 nm and 10 nm. μιτι, delivering a raw photo-current output and each having a receiving surface (S1, S2) on which the radiant power received from an object (2), and therefore the raw photo-current output, is dependent on the angle (α, β) under which the object (2) is viewed according to a strictly monotonic dependence curve of the radiant power received as a function of the angle (α, β) under which the object (2) is seen, the two receiving surfaces (S1, S2) being placed side by side but each in a separate plane, the two planes forming an angle between them between 1 ° and 150 ° and thus forming a so-called edge edge of the device (AD), each device (D1, D2) being intended to be positioned in such a way that the portion of the space defined between these two planes includes the surface ( S) predefined on which the object (2) can be found,
chaque dispositif (D1,D2) comprenant en outre un module électronique (M) comprenant des moyens pour, lors d'une illumination de la surface (S) prédéfinie avec un rayonnement présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques :  each device (D1, D2) further comprising an electronic module (M) comprising means for, upon illumination of the predefined surface (S) with radiation having specific spectral and / or modulation characteristics:
- recevoir les signaux reçus par chacun des récepteurs (R1,R2), receive the signals received by each of the receivers (R1, R2),
- extraire, de chaque signal reçu par un récepteur (R1,R2), la puissance radiante de la part du signal optique présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques reçue par ce récepteur (R1,R2), extracting, from each signal received by a receiver (R1, R2), the radiant power from the optical signal having specific spectral and / or modulation characteristics received by this receiver (R1, R2),
- à partir de ces puissances radiantes, déterminer les angles (α,β) sous lesquels l'objet (2) est vu par chacun des récepteurs (RI ,R2) en considérant que les récepteurs (R1,R2) reçoivent la même intensité lumineuse mais sous des angles (α,β) différents,  - from these radiant powers, determine the angles (α, β) under which the object (2) is seen by each of the receivers (RI, R2) while considering that the receivers (R1, R2) receive the same luminous intensity but under different angles (α, β),
- déterminer la direction angulaire (ocl,oc2) d'un plan (P1,P2) passant par l'arête du dispositif (AD1, AD2) et où se trouve l'objet (2).  - Determine the angular direction (ocl, oc2) of a plane (P1, P2) passing through the edge of the device (AD1, AD2) and where the object (2).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'émetteurs (El à E7) disposés sur le côté d'émission (CE) pour illuminer la surface (S) prédéfinie, chacun de ces émetteurs (Ei) émettant un faisceau (Fi) collimaté le long d'une ligne, l'ensemble des faisceaux (Fi) couvrant l'intégralité de la surface (S) prédéfinie. 2. System according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of transmitters (E1 to E7) arranged on the transmit side (CE) to illuminate the predefined surface (S), each of these transmitters (Ei ) emitting a beam (Fi) collimated along a line, the set of beams (Fi) covering the entire surface (S) predefined.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un module de commande de l'allumage des émetteurs (Ei) apte à commander des allumages successifs des émetteurs (Ei). 3. System according to claim 2, characterized in that it comprises a control module of the ignition of the emitters (Ei) adapted to control successive ignitions emitters (Ei).
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le module de commande de l'allumage des émetteurs (Ei) est apte à élaborer, en temps réel, des séquences d'illumination des émetteurs (Ei) en fonction de la position déterminée de l'objet (2) sur la surface (S) prédéfinie. 4. System according to claim 3, characterized in that the control module of the ignition of the emitters (Ei) is adapted to develop, in real time, illumination sequences emitters (Ei) according to the determined position of the object (2) on the predefined surface (S).
5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque récepteur (R1,R2) comprend un réflecteur (RF1,RF2) rapportant la lumière reçue sur la surface de réception (S1,S2) du récepteur (R1,R2) sur une surface de détection (SD1,SD2) lambertienne, les deux surfaces de détection (SD1,SD2) lambertiennes étant alors placées dans un même plan parallèle au plan d'émission de l'émetteur (E). 5. System according to one of the preceding claims, characterized in that each receiver (R1, R2) comprises a reflector (RF1, RF2) returning the light received on the receiving surface (S1, S2) of the receiver (R1, R2 ) on a lambertian detection surface (SD1, SD2), the two lambertian detection surfaces (SD1, SD2) then being placed in a same plane parallel to the emission plane of the emitter (E).
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réflecteur (RF1,RF2) présente une surface correspondant à une moitié du solide formé par la révolution de la base d'une parabole autour d'un axe perpendiculaire à l'axe focal de la parabole, les moitiés étant déterminées de part et d'autre d'un plan passant par l'axe focal de la parabole, le foyer (F) de la parabole situé dans le plan médian du réflecteur (RF1,RF2) étant situé sur la surface de détection (SD). 6. System according to claim 5, characterized in that the reflector (RF1, RF2) has a surface corresponding to one half of the solid formed by the revolution of the base of a parabola around an axis perpendicular to the focal axis of the parabola, the halves being determined on either side of a plane passing through the focal axis of the parabola, the focus (F) of the parabola situated in the median plane of the reflector (RF1, RF2) being located on the detection surface (SD).
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface de détection (SD) est centrée sur le foyer (F) de la parabole. 7. System according to claim 6, characterized in that the detection surface (SD) is centered on the focus (F) of the dish.
8. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe de révolution du réflecteur (RF1,RF2) est tel que le foyer (F) de la parabole est à l'intérieur du réflecteur (RF1,RF2). 8. System according to claim 6, characterized in that the axis of revolution of the reflector (RF1, RF2) is such that the focus (F) of the dish is inside the reflector (RF1, RF2).
9. Procédé optique et électronique de détermination d'une position d'un objet (2) présent sur une surface (S) prédéfinie, le procédé comprenant les étapes de : 9. An optical and electronic method for determining a position of an object (2) present on a predefined surface (S), the method comprising the steps of:
- disposer au moins un émetteur (E) sur un coté dit d'émission (CE) de la surface (S) prédéfinie émettant un faisceau (F) d'un rayonnement couvrant la surface (S) prédéfinie et présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques permettant de la détecter y compris en présence d'une lumière naturelle de haute intensité, - Have at least one transmitter (E) on a so-called emission side (CE) of the predefined surface (S) emitting a beam (F) of radiation covering the predefined surface (S) and having spectral characteristics and / or specific modulation to detect it, including in the presence of high intensity natural light,
- disposer, de part et d'autre du coté d'émission (CE), deux dispositifs de détection (D1,D2) d'une direction angulaire (ocl,oc2) dans laquelle se trouve l'objet (2) présentant chacun une zone de couverture, de telle façon que les zones de couverture incluent chacune la surface (2) prédéfinie, les dispositifs de détection (D1,D2) d'une direction angulaire (ocl,oc2) dans laquelle se trouve un objet (2) comprenant chacun au moins deux récepteurs (R1,R2) sensibles à des rayonnements électromagnétiques de longueur d'onde comprise entre 100 nm et 10 μιτι, délivrant un photo-courant brut en sortie et présentant chacun une surface de réception (S1,S2) sur laquelle la puissance radiante reçue en provenance d'un objet (2), et donc le photo-courant brut délivré en sortie, est dépendante de l'angle (α,β) sous lequel est vu l'objet (2) selon une courbe de dépendance strictement monotone de la puissance radiante reçue en fonction de l'angle (α,β) sous lequel est vu l'objet (2), les deux surfaces de réception (S1,S2) étant placées côte à côte mais chacune dans un plan distinct, les deux plans faisant entre eux un angle compris entre 1° et 150° et formant ainsi une arête dite arête du dispositif (AD), chaque dispositif (D1,D2) étant destiné à être positionné de telle façon que la portion de l'espace définie entre ces deux plans inclut la surface (S) prédéfinie sur laquelle est susceptible de se trouver l'objet (2),  - have, on both sides of the emission side (CE), two detection devices (D1, D2) of an angular direction (ocl, oc2) in which is the object (2) each having a coverage area, such that the coverage areas each include the predefined surface (2), the detection devices (D1, D2) of an angular direction (ocl, oc2) in which there is an object (2) comprising each at least two receivers (R1, R2) sensitive to electromagnetic radiation with a wavelength between 100 nm and 10 μιτι, delivering a raw photo-current at the output and each having a reception surface (S1, S2) on which the radiant power received from an object (2), and therefore the raw photo-current delivered at the output, is dependent on the angle (α, β) under which the object (2) is viewed according to a curve of strictly monotonic dependence of the radiant power received as a function of the angle (α, β) under which is seen the ob jet (2), the two receiving surfaces (S1, S2) being placed side by side but each in a separate plane, the two planes forming between them an angle of between 1 ° and 150 ° and thus forming a so-called edge of the device (AD), each device (D1, D2) being intended to be positioned in such a way that the portion of the space defined between these two planes includes the predefined surface (S) on which the object is likely to be located ( 2)
- illuminer la surface (S) prédéfinie avec un rayonnement présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques :  illuminate the predefined surface (S) with radiation having specific spectral and / or modulation characteristics:
- recevoir les signaux reçus par chacun des récepteurs (R1,R2), - extraire, de chaque signal reçu par un récepteur (R1,R2), la puissance radiante de la part du signal optique présentant des caractéristiques spectrales et/ou de modulation spécifiques reçue par ce récepteur (R1,R2),  receiving the signals received by each of the receivers (R1, R2) extracting, from each signal received by a receiver (R1, R2), the radiant power from the optical signal having specific spectral and / or modulation characteristics received by this receiver (R1, R2),
- à partir de ces puissances radiantes, déterminer les angles (α,β) sous lesquels l'objet (2) est vu par chacun des récepteurs (RI ,R2) en considérant que les récepteurs (R1,R2) reçoivent la même intensité lumineuse mais sous des angles (α,β) différents, - déterminer, pour chaque dispositif de détection, la direction angulaire (ocl,oc2) d'un plan (P1,P2) passant par l'arête du dispositif (ADl, AD2) et où se trouve l'objet (2), - from these radiant powers, determine the angles (α, β) under which the object (2) is seen by each of the receivers (RI, R2) while considering that the receivers (R1, R2) receive the same luminous intensity but under different angles (α, β), determining, for each detection device, the angular direction (oc1, oc2) of a plane (P1, P2) passing through the edge of the device (AD1, AD2) and where the object (2) is located,
- détecter ainsi deux directions angulaires (ocl,oc2) dans lesquelles se trouve l'objet (2) avec chacun des dispositifs de détection de direction angulaire thus detecting two angular directions (ocl, oc2) in which the object (2) is located with each of the angular direction detection devices
(D1,D2), (D1, D2),
- déterminer la position de l'objet (2) sur la surface (S) prédéfinie, connaissant la position des deux dispositifs (D1,D2) par rapport à la surface (S) prédéfinie et les directions angulaires (ocl,oc2) dans lesquelles se trouve l'objet (2) par rapport à chacun des dispositifs de détection (D1,D2) d'une direction angulaire, par intersection de la surface (S) prédéfinie et des deux directions angulaires (ocl,oc2) déterminées par rapport aux dispositifs de détection (D1,D2).  determining the position of the object (2) on the predefined surface (S), knowing the position of the two devices (D1, D2) with respect to the predefined surface (S) and the angular directions (ocl, oc2) in which is the object (2) relative to each of the detection devices (D1, D2) of an angular direction, by intersection of the predefined surface (S) and the two angular directions (ocl, oc2) determined with respect to detection devices (D1, D2).
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