Brevet FR2121433A1 — publié le 19720825

La présente invention concerne les télémétres laser et plus paiWiculièrcment un dispositif de réception pour télémètre à laser à impulsions. Le principe des tEldmètres laser à impulsions est connu : il consiste à me surer le temps qui s'écoule entre l'instant-ab le laser emet une impulsion courte de rayonnement, dite impulsion depart, et l'instant où, après réflexion. sur la cible, une partie do l'énergie émise, ou écho laser, est captée par un dispositif de réception. L'instant où l'impulsion laser est émise peut être déterminé en prélevant une partie de cette impulsion à l'aide de moyens connus, tels qu'une fibre optique par exemple, et en envoyant catte partie sur un récepteur photosensible qui reçut en outre l'écho laser ; un circuit de traitement de l'informatinn détermine l'intervalle de temps séparant les signaux délivrés par le récepteur. Les télémètres laser connus présentent l'inconvénient d'être sensible au rayonnement du milieu extérieur et à la rétrodiffusion de l'impu)sion épart provoquée par la brume. Enfin il est difficile de réaliser des télémutres convenables comportant un système optique commun à l'émission et à la réception en particulier dans le cas où le récepteur est une photodiode. Le but de la présente invention est de réaliser des télémètres laser ne pr- sentant pas les inconvénients signalés ci-dessus. La présente invention a pour objet un télémètre laser caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de réception, constitué par deux récepteurs de rayonnement sensiblement identiques, un circuit différentiel connecté auxdits deux r- cepteurs, ledit circuit différentiel étant capable de délivrer à sa sortie un signal sensiblement égal à la différence des amplitudes des signaux appliqués à ses entrées, et un amplificateur connecté à la sortie dudit circuit différentiel, lesdits récepteurs étant disposés de telle sorte que leurs surfaces sensibles au rayonnement soient proches l'une de l'autre et situées sensiblement dans le plan focal d'une optique de réception. D'autres caractéristiques et avantages de la préssnte invention apparaitront au cours de la description suivante dcnnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif dans lequel la figure 1 représente schémati- quement un télémetre laser comportant un dispositif de réception selon l'itvention. et les figures 2 et 3 représentent deux modes ds réalisation d'une partie d'un té- lémètre selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement un télémètre laser selon l'invention, comportant un ensemble d'émission 2, un ensemble de réception 3, et un ensemble électronique destiné au traitement de l'information délivrée par l ensemble de réception 3. L'ensemble d'émission 2 comprend un émetteur laser à impulsions désigné par la référence 1 et un système optique d'émission 7-6a. L'ensemble de réception 3 est formé par un système optique de réception 8-6b et des récepteurs photo- sensibles 9 et Il. L'ensemble électronique comporte un uircuit différentiel 16; un amplificateur 4 et un circuit de chronométrie 5 traitant l'informat'on reçue Le système optique d'émission 7-6a et le système optique de réception 8-6b peuvent avoir un élément commun.Par exemple. les e. éments ca et 6b peuvent être réunis en un seul élément pouvant être un système afocai commun ou simplement une fenêtre destinée à mettre en communication optique avec le milieu citérieur l'émetteur laser t le dispositif récepteur : le système optique d'émission 7 peut être composé d'un système afocal qui diminue la divergence d'émission. Ce système optique d'émission 7 peut ns pas exister, en particulier si le système optique commun 6a-6b comporte déjà ur. système afocal.Le système optique de réeep- tion 8 peut étire constitué, par exemple, par un objectif de concentratian. Les systèmes optique 6a, 6b, 7 et 8 peuvent enfin comporter éventuellement des dispositifs de renvoi optique tels que miroirs, prismes, etc... L'ensemble de réception 3 comprend en outre deux récepteur 9 et Il sensible ment identiques. Par récepteur, on entend ici un composant flectronique capable de transformer, dans une certaine gamme de fréquence. l'énergie de rayonnement reçue sur une surface sensible en un signal électrique. La surface sensible 10 du r4cep- teur 9 est place sensiblement au foyer du système optique 8. Le récepteur 11 cst disposé à proximit du récepteur 9, sa surface sensible 12 étant située à peu près dans le même plan que la surface 10. Les signaux élertriques émis par les récepteurs 9 et 11 sont transmis à un circuit d4fférentiel 13 rospectivement par les liaisons 14 et 15. La structure du circuit différentiel 13 est telle qu'il fournit à sa sortie 16 un signal électri- que dont l'amplitude ast égale à la différence des amplitudes des signaux électriques fournis par les deux récepteurs. Le télémètre dont le schéma est représenté sur la figure 1 fonctionne de la manière suivante L'émetteur laser émet une impulsion de rayonnement figurée oar le faisceau 17. Ce faisceau est transformé par le système optique d'émission 7 en un faisceau 18 qui vient frapper le système optique commun 6a-6b. Une partie du rayonnement du faisceau 19 est diffusée par les éléments 6u-6b, et renvoyée vers le système optique due réception 8. Cette diffusion parsite, représentée schématiquement par la flèche 19, traverse l'optique de réception 8 et arrive au niveau des surfaces sensibjes 10 et 12. En effet les rayons diffusés par les éléments 6a-6b font avec l'axe optique de réception 20 des angles quelccnques dont la valeur peut être relativement grande. L'ensemble du faisceau diffusé couvre donc une plagie relativement grande du plan focal du système optique 8, englo- bant la surface sensible 12 du récepteur 11. Las récepteurs 9 et 11, qui reçoivent sensiblement la même énergie de diffusion, émettent donc des signaux électriques sensiblement égaux. et l'amplitude du signal qui apparaît à la sortie la du circuit différentiel 13 est, par conséquent, bien plus faible que celle du signal délivré par les récepteurs g ou 11. Le niveau iu signal qui apparaît en 16, est situé en dessous du niveau de saturation de l'amplificateur 4. L'emplificateur 4 délivre alors à sa sortie 21 un signal caractéristique de l'impulsion départ, directement utilisable par le circuit Je traitement d'information 5. Contrairement au faisceau de diffusion parasite, l'échu laser arriva sur l'optique commune 6 sous un angle très faibli par rapport à l'axe optique 20. Après concentration par le système optique 8, l'écho lascar n'interesse donc qu'une zone très étroite centrée sur la surface sensible 10 du récepteur 9, la surface sensiblo 12 du récepteur 11 restant en dehors de suette zone. Dans ces conditions le circuit différe,tiel 13 restitue intégialement en 16 le signal électrique correspondant délivré par le récepteur 9. La figure 2 représentes schématiquement un mode de réalisation particulier du circuit différentiel désigné par la référence 13 sur la figure 1. Les récepteurs sont deux photodiodes 22 et 23 dont les surfaces sensibles sont désignées respectivement par les références 10 et 12. Ces deux photodiodes sont montées en parallale : les cathodes sont reliées à une borne 24 et les anodes sont respectivement reliées aux bornes de l'enroule- ment primaire 25 d'un transformateur 26. Une borne 28 ust connectée au point milieu 27 de l'enroulement 25. Les deux bornes de l'enroulement secondaire 29 du transformateur 26 sont connectées à l'entrée de l'amplificateur désigné par la référence 4 (figure 1). Lorsque les deux surfaces sensibles 10 et 12 sont soumises à un rayonnement sensiblemt hùmcgène, les deux photodiodes 22 et 23 émettent dans le circuit de l'enroulement 25 deux impulsions opposées, sensiblement égales l'impulsion créée ux bornes de l'enroulement 29 est alors très faible.Par contre, lorsque le rayonnement n'irtéresse qu'une seule surface sensible, la surface 10 par exemple, l'impulsion prenant naissance dans l'enroulement 29 correspond sensiblement à celle émise par la photodiode 22. La figure 3 représente un autre mode de réalisation particulier du circuit différentiel 13 de la figure 1. Conne dano le cas de la figure 2, les récepteurs sont des photodiodes 22 et 23 dont les surfaces sensibles sont désignées respectivement par les références 10 et 12. Les deux photodiodes sont ici branchées en séria, des résistances de polarisation 32 et 33 étant prévues dans le circuit reliant l'anode de la photodiode 23 à la cathode de la photodiode 22. La cathode de la pP,otodiode 23 et l'anode d la photodiode 22 sont reliées respectivement aux bornes 30 et 31. Une résistance 34 comportant une prise intermédiaire 35 est placée en parallèle sur le circuit des résistance 32 et 33.Une borne 36 est reliée directement aux resistances 32 et 33. Une borne 37 est reliée au point 35 pr l'intermédiaire du condensateur 30. L'amplificateur 4 de la figure 1 est connecté aux bornes 36 et 37. il est Scille de se rendre compte que le fonctionnement de ce dispositif de réception est analogue fi celui représenté sur la figure 2, la résistance 34 associée au condensateur de couplage 38, jouant la rôle du transfor- mateur 26 de la figure 2. Dans 1-s figures 1, 2 t 3, on a représenté un détecteur supplémentale 39 recevant une impulsion lumineuse du laser au moment de lémission. Cette impul sio" peut être transmise par U,l miroir semi-tiansparent 40 ru par tout autre système connu et utilisé à cet effet dans les télèmètres laser. Ce détecteur 39 est connecté 5 un circuit de commande de gain des ostecteurs 9-11 ou 22-23, qui peut être par exemple un circuit 41, inséré dans le circuit d'alimentation des détecteurs 9-11 ou 22-23, creant une chute de tension variable en fonctior du temps suivant une loi prédéterminée.Dans les figures 2 et 3, la tension d'alimentation des détecteurs 22-23 est appliquée aux bornes 42-43 reliées respectivement aux bornes 24-28 et 30-31 par l'intermédiaire du circuit 41. Comme il a été vu au cours de la descriptif des figures 1, 2 ct 3, le dispositif de réception selon 1 'invention se comporte comme un récepteur ordinaire lorsqu'il reçoit un faisceau très peu divergent, centré autour de l'axe de réception. Par montre si le faisceau reçu est à champ large. le dispositif de réception délivre une impulsion très fable dont le niveau correspond fi la différence des niveaux des impulsions délivrées par chacun des récepteurs.Ceci est un avantage car on peut ainsi supprimer. ou du moins fortement diminuer, les effets néfastes dûs aux signaux electriques correspondant aux rayonnements parasites extérieurs arrivfint sous un angle de réception important, conne par exemple le rayonnement propre du milieu extérieur et la rebrodiffusion de lbimpulsion laser par la brume. La description ci-dessus a montré que le dispositif de réception selon l'invention a l'avantage do pouvoir transformer une diffusion narasite de l'impulsion départ en une impulsion électrique caractéristique de l'instant d'émission du laser, le niveau de cette impulsion étant cependant suffisamment faible pour ne pas perturber le fonctionnement de l'amplificateur. Le dispositif de réception selon l'invention a enfin l'av3ntagr d'améliorer le fonctionnement des circuits de commande de gain qui sont généralement utilisés dans les télémetres. Dans les télémètres laser classiques, ces circuits, prévus en particulier pour diminuer le gain des récepteurs au moment de l'impulsinn laser, ont l'inconvénient de crier des parasites électromagnétiques. Grace au dispositif de réception selon l'invention, on élimine la plupart de ces parasites électromagnétiques. La combinaison du circuit de commande de gain sur les éléments décrits plus haut dans la présente demande permet donc de réaliser un télémètre fiable, à grande sécurité de fonctionnement et de grande prcision. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été don qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invent'on, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivelentz. REVENDICATIONS 1/ - Télémètre laser caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de réception, ccustitué par deuY récepteurs de ruyonnement sensiblement identiques un circuit ditférentiel ccnnecte auxdis deux récepteurs, ledit circuit différen triel étant capable de délivrez à sa sortie un signal sensiblement égal à la différence ues amplitudes des signaux appliqués à ses outrées, et un amplificateur connecté à la sertie dudit circuit différentiel, lesdits récepteurs étant disposés de telle sorte que leurs surfaces sensibles au rayonnement soient proches l'une de l'autre et situées sensiblement dans la plan focal d'ure optique de réception. 2/ - Télémètre selon la revendication 1, caracérisé par le fait que ladite optique de réception comporte au moins deux éléments optiqttes, l'un de ces éléments étant un objectif de concentration, l'un desdit récepteurs étant disposé au foyer dudit objectif de concentration, l'autre desdits récepteurs étant disposé dans le plan focal de l'objectif de concentration en dehors de la zone éclairée par l'écho laser renvoyé par une cible. 3/ - Télémètre selon la revendication 2, caractérisé par le rait que la distance focale dudit objectif de concentration, la dimension de l'autre élément de ladite optique de réception et sa distance à i'objectif sont telles que lo diffusion de lumière eara3ite extérieure ou intérieure forme, dans le plan focal de l'objectif de concentration, une image de dimens-on suffisante pour englober les deux dits détecteurs. 4/ - TélG itre selon la revendicatiun 3, caractérisé par le fait que ledit autre élément de l'optique de réception et disposé dans le trajet d'au moins une partie du faisceau d'émission du télémètre. 5/ - Télémètre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit circuit différentie1 comprend un transformateur comportant deux enroulements primaires connectés respectivement auxdits récepteurs et un enroulement secondaire connecté audit amplificateur. 6/ - Télémètre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit circuit différentiel comporte un pont de résistances connecté auxdits récepteurs et un condensateur de couple servant à transmettre les impulsions électriques audit amplificateur. 7/ - Télémètre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits récep- teurs sont des photodiodes. 8/ - Télémètre selcn l'une des revendicatiors pécédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit de commande de gain desdits recepteurs, relié à un détecteur photosensible muni de moyens pour recevoir une partie de l'impulsion lumi neuse d'émission du laser.