Brevet FR2001927A1 — publié le 19691003

i 2001927 L'invention concerne un appareil optique de pointage et/ou d'observation, combiné avec un télémètre laser. Cet appareil comporte un objectif pour le parcours des rayons de pointage ou d'observation, un objectif émetteur laser, et un objectif récep-5 teur laser. Selon l'invention, l'appareil contenant les objectifs et le système d'optique de pointage et/ou d'observation, est couplé avec l'émetteur laser, et le cas échéant, également avec le récepteur laser, à travers des systèmes flexibles coMucteurs de lumière. 10 Lors de l'assemblage ou de l'incorporation des éléments d'un télémètre laser avec ou dans un appareil optique de pointage et/ou d'observation dans les véhicules blindés ou dans les avions, il se présente tout d'abord des problèmes de montage. Oes problèmes sont . dûs au fait que, normalement, on ne dispose pas, dans le voisinage 15 de l'appareil de pointage ou d'observation, ou à l'intérieur même . de cet appareil, d'un espace suffisant pour l'installation d'un télémètre laser. Par suite de l'invention, de telles difficultés seront définitivement écartées. Il sera en effet possible de renoncer facilement 20 à la réunion des éléments particulièrement volumineux d'un télémètre laser avec les éléments de l'appareil optique de pointage et/ou d'observation, à l'intérieur d'un habitacle commun, et donc, de procéder à 11 installation de chacun des groupes principaux de la construction, en des endroits différents, selon la place éventuel-25 lement disponible. Seuls les objectifs émetteurs et.récepteurs seront assemblés avec le système optique de pointage et/ou d'observation, à l'intérieur d'un boîtier de visée commun. Une description plus détaillée de l'invention"sera donnée maintenant à l'aide des dessins joints qui représentent î 30 - IPigures 1 à 3, différentes possibilités de disposition pour le couplage de l'émetteur laser et de l'objectif émetteur laser. - Figure 4, un variateur de section des fibres optiques, tel qu'il est utilisé dans la disposition de la figure 3« - ligure 5, une disposition pour le couplage du récepteur 35 laser et de l'objectif récepteur laser. 6901654 2 2001927 - Figure 6, une vue d'ensemble schématique d'un appareil optique de pointage et/ou d'observation, combiné avec un télémètre laser. •* •• • - Figure 7, une disposition conforme à l'invention, dans la-5 quelle l'objectif de l'optique dé pointage et/ou d'observation- s'identifie à 1'objectif émetteur laser. - Figure 8, une autre disposition conforme à l'invention, dans laquelle l'objectif de l'optique de pointage et/ou d'observation s'identifie à l'objectif récepteur laser. 10 Un télémètre laser est basé, comme l'on sait, sur le principe de la mesure de la durée du parcours de brèves impulsions de lumière fournies par un émetteur laser, les impulsions renvoyées en écho par l'objet à télémétrer, parviennent, à travers une optique très lumineuse, au récepteur, l'optique réceptrice est généralement 15 conçue de façon à ne recevoir que les signaux lumineux dont les directions sont situées à l'intérieur d'un cône de réception à petit angle d'ouverture. Après un.filtrage destiné à éliminer les longueurs d'onde indésirables, les impulsions d'écho ayant traversé le filtre sont reçues par un photomultiplicateur, et un amplifica-20 teur qui lui est relié. Les signaux d'écho amplifiés seront enfin transmis à un appareil électronique qui fournira le résultat numérique de la mesure, c'est-à-dire la distance du parcours. Pour la suite de l'explication de l'invention, on part de la 25 considération que les divers éléments de construction d'un émetteur laser de télémètre, sont connus. On entend par émetteur laser, l'ensemble du système de production des impulsions laser. L'élément essentiel d'un émetteur laser de télémètre est une impulsion géante laser à montage Q, grâce à laquelle il est possi-50 ble d'obtenir des impulsions lumineuses d'une puissance de sortie moyenne de 1 MW par exemple. Sur les figures 1 à 3, l'émetteur laser, conçu donc comme un groupe complet, a été désigné par 1, et, pour la simplification, on n'a représenté que la face de sortie de cet émetteur laser. 35 Oelui-ci a été installé, par exemple, dans un endroit approprié 69 01654 3 2001927 quelconque d'un véhicule blindé* Les.impulsions lumineuses 2, sortant selon la figure 1, de l'émetteur laser 1, sont concentrées à travers une optique de focalisation 5» sur la section du noyau d'une fibre flexible con-5 ductrioe de lumière 4» située sur la face d*entrée. Il s*agit, dans l'exemple présentement décrit, d'une fibre conductrice de lumière isolée reliant l'émetteur laser 1 et l'objectif émetteur 5. L'objectif émetteur laser 5 peut se trouver, à peu près, à la tête observatrice d'un appareil de visée optique, conçu comme un péris-10 cope. L'extrémité se trouvant sur la face de sortie de la fibre conductrice -de lumière 4, est placée dans le plan focal de l'objectif éaetteur 5» dont la distance focale est désignée par f0». O de aorte que la puissance de sortie totale de l'émetteur laser permet la fonation d'un rayon émetteur 6, ayant un degré de colli-1$ mation élevé» au moyen de l'objectif émetteur 5. Si l'on désigne par d le diamètre du noyau de la fibre conduc-trice d« lumière, on obtient, pour la divergence du rayon émetteur V_p d fS 20 fil choisissant un' très petit diamètre d pour le noyau de la fibre, on est assuré que le degré de colliaation initial du rayon laser 2 sera conservé* Avec des valeurs de d allant de 30 jm. à 100 jum, et des valeurs de fg allant de 5 ca à 10 cm, on obtient : 25 divergence du rayon émetteur s « 1 mrad* lie dianbtre de l'objectif émetteur 5 est choisi, dans ce cas, de telle façon qu'il n'y ait pas de pertes en énergie émettrice laser entre l'ouverture de sortie des rayons de la fibre conductrice de lumière 4» dans le plan focal de l'objectif, et l'objectif 30 lui-même. La fibre conductrice de lumière 4 est constituée, de façon connue, d'un noyau ayant un indice de réfraction n^, et d'une gaine ayant un indice de réfraction Ug, différent de n^. Pour le noyau de la fibre et sa gaine, on utilise des verres ne présentant 35 pratiquement aucune absorption, dans 3e cas des longueurs d'ondes SAD ORIGINAL 69 01654 4 2001927 laser utilisées* D'autres môdes de réalisation du couplage optique de la sortie émettrice laser avec l'objectif émetteur, à travers un système flexible conducteur de lumière, seront décrits maintenant à l'aide 5 des figures 2 et 3* lie mode de réalisation conforme à la figure 2 se différencie essentiellement de celui représenté sur la figure 1, par le fait que l'extrémité 7 de la fibre conductrice de lumière 4 s'élargit en formant un cône dont le diamètre est égal à celui de la section 10 transversale du rayon laser fourni par l'émetteur laser 1* Un tel élargissement de l'extrémité de la fibre 7 à la fec« d'entrée du rayon, permet d'obtenir une section transversale plus importante de la transition "air-verre", de sorte que la charge par unité de surface de l'tatrémité de la fibre, se trouve dimi-15 nuée par la puissance de sortie laser et, de ce fait, le danger d'une détérioration de la fibre conductrice de lumière sera réduit* l'agrandissement de la section transversale de l'extrémité de la fibre 7 empêche toute perte de la puissance de sortie de l'émetteur laser 1, lors du passage à la fibre conductrice de 20 lumière 4, et, de ce fait, rend inutile l'utilisation d'une optique de focalisation* le développement complet du système conducteur de lumière concorde avec celui représenté sur la figure 1* Dans l'autre mode de réalisation illustré par la figure 3, la section transversale initiale du faisceau de rayons venant de 25 l'émetteur laser, le long de l'ensemble du parcours de transmission, sera conservé et modifié seulement à proximité du plan focal de l'objectif émetteur 5* Dans ce cas, on se sert, pour le couplage optique de l'émetteur laser 1 avec l'objectif émetteur 5, d'un système constitué 30 d'un faisceau flexible de fibres conductrices de lumière 8, suivi d'une fibre courte isolée 9 à section méridienne conique, le diamètre d^ du faisceau de fibres conductrices de lumière 8, est ajusté au diamètre du rayon laser 2, émis par l'émetteur 1. la face d'entrée des rayons de la fibre isolée 9, assurant la varia-35 tion de la section transversale, présente le même diamètre d^ que 69.01654 5 2001927 le rayon laser, alors que l'extrémité de la fibre isolée 9 débouchant dans le plan focal de l'objectif émetteur 5, possède un diamètre dg d^. lia fibre isolée 9 est représentée encore une fois sur la figure 4 agrandie et en coupe longitudinale. Elle 5 est encore constituée d'un noyau ayant un indice de réfraction et d'une gaine ayant un indice de réfraction ng. le rétrécissement de la section transversale du faisceau de rayons s'effectue à présent à l'intérieur de la fibre isolée 9, par une réflexion totale multiple sur les surfaces de contact de 10 forme conique entre le noyau et la gaine, de sorte que l'on obtient pratiquement, à la sortie du variateur de la section transversale, une source lumineuse ponctuelle, qui sera projetée à l'infini à travers l'objectif émetteur 5. Ainsi, le rayon émetteur pourra diverger d*un petit angle • 15 En outre, une telle disposition permet, en cas de détériora tion, par suite d'une charge de rayonnement élevée à l'ouverture dont le diamètre est le plus étroit, de changer facilement la fibre isolée 9, qui ne constitue qu'une petite partie de l'ensemble du système conducteur de lumière. 20 D'autre part, on peut renoncer également dans ce cas, à l'uti lisation d'une lentille de focalisation entre l'émetteur laser 1 et l'ouverture d'entrée des rayons du faisceau de fibres 8« Le récepteur laser qui comporte principalement, comme on le sait, un photomultiplicateur suivi d'.un amplificateur, et, le cas 25 échéant, des parties de l'appareil électronique de mesure, peut constituer lui-même un groupe de montage, ou peut être réuni à l'ensemble de l'appareil électronique de mesure à 1'alimentation en courant, et également, au groupe de montage de l'émetteur laser. 0e récepteur laser peut également être couplé, par l'intermédiaire 50 d'une fibre conductrice de lumière flexible isolée 10, avec l'objectif récepteur laser 11, comme il ressort de la figure 5« La face d'entrée des rayons de la fibre conductrice de lumière 10 se trouve dans le plan focal de l'objectif récepteur 11, dont la distance focale "a été désignée par fg. Le diamètre de la fibre 35 10 a été ajusté sur celui de l'ouverture d'un diaphragme du champ 69 01654 6 2001927 visuel 13» disposé dans le plan focal, diaphragme qui limite l'angle du champ visuel de l'objectif récepteur 11. Il est également possible d'utiliser la face d'entrée de rayons de la fibre 10 comme diaphragme du champ visuel. 5 Le rayon récepteur (inipulsion-écho laser) est désigné par 12. L'extrémité de la fibre conductrice de lumière 10, face au récepteur laser 14, se trouve dans le plan focal d'une lentille de collimation 15, placée devant le récepteur laser 14» Cette lentille, de distance focale f^., dirige le faisceau des rayons 10 récepteurs sortant de la fibre 10, à travers un filtre spectral 16, sur la photocathode d'un photomultiplicateur du récepteur laser 14 • Suivant une modification du système représenté sur la figure 5, il est possible d'élargir l'extrémité de la fibre conductrice 15 de lumière 10 en lui donnant une section méridienne conique face au récepteur laser 14, pour obtenir un diamètre qui sera ajusté au diamètre de la photocathode du photomultiplicateur. En outre, pour le couplage optique du récepteur laser 14, avec l'objectif récepteur laser 11, on peut se servir d'un faisceau de 20 fibres conductrices de lumière, dont la face d'entrée des rayons se trouve dans ou devant le plan focal de l'objectif récepteur 11. Oette face présente un diamètre ajusté à celui de l'ouverture d'un diaphragme de champ visuel disposé en lionformité, cependant que la face de sortie des rayons du faisceau, tournée vers le récepteur 25 laser, se trouvera dans le plan focal d'une lentille de collimation montée devant le récepteur laser. Avec cette disposition, la lentille de collimation pourra finalement être remplacée par un variateur de la section transversale de la fibre optique, tel qu' il a été représenté sur la figure 4. La face du variateur de la 30 section transversale faisant suite au faisceau de fibres conductrices de lumière, présentera dans ce cas, un diamètre égal à celui du faisceau, cependant que l'extrémité du variateur de la section transversale faisant face au récepteur laser, s'élargira jusqu'à obtenir un diamètre qui sera ajusté à celui de la photo-35 cathode du photomultiplicateur du récepteur laser. 69 01654 7 2001927 lia ligure 6 représente une vue d'ensemble schématique d'un assemblage d'un appareil de pointage et/ou d'observation, combiné à un télémètre laser. Celui-ci comporte èssentiellement dans sa tête observatrice 19, l'objectif émetteur laser 5, l'objectif 5 récepteur laser 11, et l'objectif 17, pour le parcours des rayons de pointage et d'observation, et encore un système optique 18 coopérant avec l'objectif 17» lies axes optiques des trois objectifs, 5» 11 et 17 sont parallèles. L»ensemble du télémètre laser 20 comportant l'émetteur 10 laser 20a, le récepteur laser 20b, l'alimentation en courant 20c et l'appareil électronique de mesure 20d peut se trouver à un endroit quelconque, éloigné de plusieurs mètres de l'appareil de pointage et/ou d'observation» l'appareil indicateur 20e faisant suite à l'appareil électronique de mesure qui indique la valeur 15 numérique de la distance mesurée peut être placé dans un autre endroit, à la convenance de l'observateur et, le cas échéant, également à proximité du système optique* lie télémètre laser 20 est couplé, par l'intermédiaire de deux systèmes flexibles conducteurs de lumière 21 et 22, avec la tête 20 observatrice optique 19 ; ainsi, le système conducteur de lumière 21 établit la liaison entre l'émetteur laser et l'objectif émetteur 5» et le système conducteur de lumière 22 établit la liaison entre le récepteur laser et l'objectif récepteur 11. Les figures 7 et 8 représentent d'autres modes de réalisation 25 avantageux de l'appareil décrit ci-dessus* D'après la figure 7, l'optique de la tête observatrice 19 de la figure 6 a été modifiée de manière à ce que l'objectif 17 s'identifie à présent avec l'objectif émetteur laser 5, c'est-à-dire que l'on a prévu un objectif 23, servant aussi bien d'objec-30 tif d'entrée pour les rayons de pointage et d'observation, que d'objectif émetteur pour la concentration du rayon émetteur 6» TJn mode de réalisation particulièrement simple et avantageux, aussi bien du point de vue du montage que de l'utilisation, consiste en un système conducteur de lumière 21, formé d'une fibre isolée 35 reliée à l'émetteur laser, dirigée dans le plan focal de l'objectif B4D ORIGINAL ' 69 01654 8 2001927 23» et fixée sur l'axe optique 24-» au centre d'un réticule 25, de aorte que, lors du pointage, l'extrémité de la fibre puisse être dirigée en même temps vers l'objet visé. Avec une fibre isolée suffisamment mince, le processus de pointage et d'observation ne 5 sera pas perturbé. la figure 8 représente une disposition dans laquelle l'optiqw© de la tête observatrice 19, selon la figure 6, a été modifiée de façon que l'objectif 17 coordonné à l'optique de pointage et d'observation, s'identifie avec l'objectif émetteur laser 11. 10 La tête observatrice 19 comporte à présent un objectif 27 qui sert aussi bien d'objectif d'entrée pour les rayons de pointage et d'observation, que d'objectif récepteur pour le rayon récepteur laser 12 qui, à l'intérieur de l'appareil, sera dévié du parcours des rayons de pointage et d'observation, au moyen d'un diviseur 15 de rayons diélectrique 28. Le rayonnement de pointage 29, après son passage dans le diviseur de rayons 28, est concentré dans l'ua des plans focaux de l'objectif 27, dans lequel se trouve le réticule 25« Le rayon récepteur laser 12, dévié de 90°, arrive dans le second plan focal de l'objectif 27, et entre làf derrière le dia-20 phragme du champ visuel 13, dans l'ouverture d'entrée du système conducteur de lumière 22, qui dirige le rayon récepteur vers le récepteur laser. Les modes de réalisation de l'invention ne se réduisent pas aux exemples indiqués par les figures ; il est en effet possible 25 de monter des appareils de pointage et/ou d'observation avec un télémètre laser, par exemple dans les véhicules blindés, même dans des conditions difficiles d'emplacement. En effet, dans une tourelle blindée, le dispositif n'occupe pas plus de place qu'une lunette de pointage, et les groupes de montage du télémètre laser 30 peuvent être placés en des endroits quelconques du véhicule, se prêtant uniquement au logement d'objets qui, en raison de leur volume et/ou de leur poids, suscitent des difficultés particulières pour leur mise en place. 69 01654 9 2001927 REVENDICATIONS 1°0 Appareil optique de pointage et/ou d'observation, combiné avec un télémètre laser, muni d'un objectif pour le parcours des rayons de pointage ou d'observation, d'un objectif émetteur laser, 5 et d'un objectif récepteur laser, caractérisé en ce que l'appareil comportant les objectifs ainsi que le reste du système optique de pointage et/ou d'observation, est couplé avec l'émetteur laser et, le cas échéant, également avec le récepteur laser, à travers des systèmes flexibles conducteurs de lumière. 10 2°) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une fibre isolée conductrice de lumière sert au couplage de l'émetteur laser avec l'objectif émetteur, une optique de focalisation concentre le rayonnement de sortie de l'émetteur laser sur la section transversale du noyau de la fibre conductrice de lumière 15 se trouvant sur la face d'entrée, tandis que l'autre extrémité de la fibre conductrice de lumière arrive dans le plan focal de l'objectif émetteur» 5°) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre isolée conductrice de lumière qui fait 20 face à l'émetteur, s'élargit suivant une section méridienne conique jusqu'à avoir un diamètre égal à celui de la section transversale du rayon laser sortant de l'émetteur, tandis que l'autre extrémité, cylindrique, de la fibre conductrice de lumière arrive dans le plan focal de l'objectif émetteur» 25 4°) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un système, composé d'un faisceau flexible de fibres conductrices de lumière et d'une fibre courte isolée, à section méridienne conique, sejrt pour le couplage de l'émetteur laser avec l'objectif émetteur, le diamètre d^ du faisceau de fibres conductrices de lumière étant 30 ajusté à la section transversale du rayon laser sortant de l'émetteur, et que la face d'entrée des rayons de la fibre isolée présente le même diamètre d^, cependant que l'extrémité de la fibre unique arrivant dans le plan focal de l'objectif émetteur à un diamètre d,, d^» 69 01654 10 2001927 5°) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre conductrice de lumière isolée sert pour le coupage du récepteur laser avec l'objectif récepteur laser, la surface d'entrée des rayons se trouvant dans le plan focal de l'objectif 5 récepteur laser, la surface d'entrée des rayons se trouvant dans le plan focal de l'objectif récepteur et la fibre ayant un diamètre ajusté à l'ouverture d'un diaphragme de champ visuel disposé également dans le plan focal, cependant que l'extrémité de la fibre conductrice de lumière faisant face au récepteur laser, se 10 trouve avec la face de sortie des rayons dans le plan focal d'une lentille de collimation montée devant le récepteur laser. 6°) Appareil selon la revendication 5 caractérisé en ce que , i l'extrémité de la fibre conductrice de lumière faisant face au récepteur laser s'élargit suivant une section méridienne conique, 15 jusqu'à avoir un diamètre égal à celui de la photocathode du photo multiplicateur inclus dans le récepteur laser» 7°) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un faisceau de fibres conductrices de lumière sert au couplage du récepteur laser avec l'objectif récepteur laser, faisceau dont la 20 face d'entrée des rayons se situe dans ou devant le plan focal de l'objectif récepteur, et qui présente un diamètre ajusté à celui de l'ouverture d'un diaphragme de champ visuel disposé en conformité, cependant que la face de sortie des rayons du faisceau tournée vers le récepteur laser, se trouve dans ou devant le plan fo-25 cal d'une lentille de collimation montée devant le réceptëur laser 8°) Appareil selon la revendication 7 caractérisé en ce qu' un variateur de la section transversale de la fibre optique remplace la lentille de collimation, variateur dont la face faisant suite au faisceau de fibres conductrices de lumière présente un 30 diamètre qui est le même que celui du faisceau, cependant que l'ex trémité du variateur de la section transversale faisant face au récepteur laser s'élargit jusqu'à un diamètre qui est ajusté à celui de la photocathode du photomultiplicateur inclus dans le récepteur laser. 35 9°) Appareil selon les revendications 3 ou 4 caractérisé en 69 01654 11 2001927 ce que l'objectif de l'optique de pointage et/ou d'observation s'identifie avec l'objectif de l'émetteur laser# 10°) Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre conductrice de lumière arrivant dans le 5 plan focal de l'objectif émetteur est fixée au centre du réticule ou du trait de repère de l'optique de pointage. 11°) Appareil selon les revendications 5, 6, 7, ou 8, caractérisé en ce que l'objectif de l'optique de pointage et/ou d'observation s'identifie avec l'objectif du récepteur laser. 10 12®) Appareil selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le -rayon récepteur laser est dévié du parcours des rayons de pointage et d'observation au moyen d'un diviseur de rayon diélectrique.