Brevet FR2447009A1 — publié le 19800814

La présente invention est relative à des perfectionnements à un ins- trument de télémétrie laser. Un télémètre à laser comporte un ensemble d'émission d'impulsiode lumière cohérente. Cet ensemble comporte un générateur laser proprement dit et un système de lentilles afocal. Ce système optique afocal est destiné à réduire la divergence du faisceau d'émission laser. On recherche en effet un petit champ pour limiter les doubles échos et pour augmenter la portée en concentrant le faisceau d'émission. Un exemple de système optique afocal utilisé pour reduire la divergence du faisceau d'émission laser est par exemple donné dans le brevet français 71-39025. Les impulsions laser sont diffusées par la cible et sont re çues dans un ensemble de réception.Cet ensemble de reception comporte genera- lement un objectif convergent qui est traverse par les impulsions laser diffu sees et par la lumière visible. L'objectif forme de la cible et du domaine environnant une image située au niveau d'un élément de visée, appelle réticule ou mi micromètre, qui définit l'axe de visée. Un séparateur sélectif sépare les impulsions laser diffusées et la lumière visible. Le faisceau de lumière visible est repris par un oculaire derrière lequel un observateur peut voir l'image du micromètre superpose à celle de la cible et du domaine environnant.Ces impulsions laser diffusées, après être passees par le séparateur selectif, sont focalisées au niveau d'un diaphragme qui sert à limiter le champ de réception laser et qui de- termine l'axe de réception. Une lentille de reprise focalise ces impulsions sur un capteur de réception photosensible. Un ensemble électronique qui est relié aucapteur de reception photosensible et au générateur laser mesure l'intervalle de temps compris entre émission d'une impulsion et sa réception sur le capteur photosensible. Les axes d'émission laser, de réception laser, de visée doivent rester parallèles. Dans les télémètres laser actuellement connus, les distances entre les parties constitutives de l'instrument sont grandes, ce qui tend à favoriser les déformations des pièces de liaison et par consequent les défauts de parallèlisme des axes precités. La presente invention a pour objet un instrument de télémètrie laser dont l'agencement permet d'éviter les déformations et de conserver le parallèlisme des axes d'rémission laser, de réception laser et de visée. L'image du paysage reste correctement positionnée au niveau de ltélément de visée appelé micromètre et les impulsions laser diffusées restent correctement focalisées au niveau du diaphragme de réception. De plus, l'instrument a a un encombrement réduit. L'instrument de télémètrie conforme à l'invention comporte un ensemble d'mission laser émettant des impulsions laser vers une cible qui renvoie des impulsions diffusées se propageant avec la lumière visible, au travers d'un objectif, vers un séparateur sélectif qui dirige d'une part lesdites impulsions diffu sees vers un capteur de réception photosensible et d'autre part ladite lumière visible vers un élément de visée et il est caractérisé par le fait qu'il comporte, après l'objectif, un reflecteur principal réfléchissant les impulsions laser diffusées et la lumière visible vers ledit séparateur sélectif qui est placé à proximité dbtdit objectif. Selon une-=cç ractéristique de l'invention, le réflecteur principal est disposé, par rapport au plan principal image de l'objectif, à une distance égale à la moitié de la distance focale de l'objectif. Selon une caractéristique de l'invention, le miroir de sortie du générateur de ensemble d'émission est solidaire du reflecteur principal. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de réalisation donnés à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés. La figure 1 représente schematiquement un mode de réalisation de l'instrument conforme à l'invention. La figure 2 représente schématiquement une variante de l'instrument illustré par la figure 1. La figure 3 représente schématiquement une autre variante de l'instrument illustré par la figure 1. L'instrument de télémètrie représenté par les figures 1, 2 ou 3 comporte un ensemble d'émission 1 monté dans un boitier non représenté. Cet ensemble émet des impulsions de lumière cohérente, suivant une direction d'émission 4, vers une cible non représentée. Cet ensemble d'émission comprend un générateur laser 2 et un système de lentilles afocal 3 destiné à réduire la divergence du faisceau d'émission laser à une valeur proche de celle du champ de réception. Les impulsions laser envoyées par l'ensemble d'émission 1 arrivent sur la cible qui renvoie des impulsions diffusées. Ces impulsions laser diffusées se propagent suivant une direction de réception 61. Les impulsions diffusées sont reçues par un ensemble. de réception 7. Cet ensemble comporte un objectif convergent 8 qui est centré sur l'axe optique principal 61. Les impulsions laser diffusées et la lumière visible provenant de la cible et du domaine environnant se propagent à travers l'objectif 8. L'instrument comporte un réflecteur pincipal 10 placé après l'objectif 8,si l'on se réfère au sens d'arrivée de la lumière selon l'axe de réception,et qui réfléchit les impulsions laser diffusées et la lumière visible. I1 comporte une surface réfléchissante 101 obtenue par dépôt, centrée sur l'axe 61 et tournée vers l'objectif 8. I1 comporte--dJautre part une partie semi-transparente 102 faisant face au générateur laser et traversée par les impulsions d'émission laser. Ce réflecteur est réalisé de préférence en verre. Le réflecteur 10 constitue, par sa partie semi-transparente 102, le miroir de sortie du générateur laser 2. Cette partie semi-transparente est obtenue par dépôt, selon la technique connue pour les miroirs utilisés dans les cavités laser. Le réflecteur 10 pourrait également être rigidement lié au miroir de sortie du générateur 2. De même le système afocal 3 est rigidement lié au réflecteur principal 10. Le réflecteur principal réfléchit la lumière vers un séparateur sélectif 9. Si l'on prend comme référence le sens de propagation de la lumière, ce séparateur 9 vient après l'objectif 8 et après le réflecteur 10. Géométriquement il est disposé à proximité de l'objectif, de préfetrence du côté du réflecteur principal. Ce séparateur sélectif est constitué, de manière connue en soi, par une surface plane, mince, dichroïque et il dirige les impulsions laser diffusées et la lumière visible selon deux directions différentes. L'ensemble de réception 7 comporte un diaphragme 14 qui est disposé au niveau du plan focal image de l'objectif 8, sur le parcours des impulsions laser diffusées, après le séparateur sélectif 9. Un ensemble de visée comporte un élément de visée 13, encore appelé micromètre ou réticule, qui est disposé au niveau du plan focal image de l'ob- jectif 8 sur le parcours de la lumière visible. Du fait que le foyer image de l'objectif 8 se situe au niveau de l'é- lément de visée 13 ou du diaphragme 14, la somme de la distance optique comprise entre cet élément de visée ou ce diaphragme et le réflecteur principal 10 et de la distance optique entre ce réflecteur principal et le plan image de l'objec- tif 8 est égale à la distance focale de l'objectif. L1élément de visée 13 ou le diaphragme 14 est situé le plus prés possible du plan principal image de l'objectif 8 de sorte que la distance optique entre ledit plan principal image de l'objectif et le réflecteur principal est égale à la moitié de la distance focale de cet objectif. La surface plane mince du séparateur sélectif 9 est insérée dans un bloc optique 17 en matériau optique transparent. Ce bloc est par exemple réalisé à l'aide de deux prismes accolés. L'élément de visée ou micromètre 13 est appliqué contre une face 172 de ce bloc 17, généralement par dépôt. Le diaphragme 14 de la voie de réception laser est appliqué contre une face 173 symétrique de la face 172 sur laquelle est appliqué le micromètre 13, par rapport à la surface plane du séparateur sélectif 9. Le bloc optique 17 comprend une face 171 perpendiculaire à l'axe 61 ou 62 selon lequel arrivent les impulsions laser diffusées venant du réflecteur 10. Le séparateur sélectif 9 laisse passer un type de lu miere (visible ou laser) coaxialement à l'axe d'incidence 61 ou 62. L'autre type de lumière se réfléchit sur la surface de ce séparateur, de l'axe 61 (ou 62) à l'axe 63, ces deux axes étant symétriques par rapport à la normale à cette surface. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le séparateur sélectif 9 laisse passer la lumière visible coaxialement à l'axe 61 et réfléchit les impul sions diffusées laser selon l'axe 63. Dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, le séparateur sélectif laisse passer les impulsions diffusées laser coaxialement à l'axe 61 ou 62 et réfléchit la lumière visible selon l'axe de visée 63. Le séparateur sélectif 9 sépare la lumière visible et les impulsions diffusées laser. Ces impulsions laser diffusées sont dirigées vers un récepteur photosensible 12. Une lentille de reprise 15 centrée sur l'axe 63 (figure 1),62 (figure 3)64 (figurec2oXcentre les impulsions laser diffusées sur la surface du capteur de réception photosensible 12 lui aussi centré sur cet axe. Ce capteur est par exemple constitué par une photodiode. Généralement la lumière visible pas sant par l'élément de visée 13 est dirigée vers un oculaire 11 centré sur l'axe optique 18. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la partie réfléchissan te plane 101 du réflecteur 10 est perpendiculaire à l'axe optique 61 La lumière se réfléchit selon la direction 61. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'organe de visée 13 est centré sur l'axe optique principal 61 et le diaphragme 14 de la voie de réception est centré sur l'axe latéral 63. Dans le mode de réa lisation de la figure 2, le diaphragme de visée 14 est centré sur l'axe optique principal 61 et l'organe de visée 13 est centré sur l'axe latéral 63. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la partie réfléchissante plane 101 du réflecteur 10 forme un angle différent de 900 par rapport à l'axe optique principal 61, l'axe optique, entre le réflecteur 10 et le séparateur sé lectif 9, étant repéré 62. De ce fait, le séparateur sélectif 9, l'élément de vi sée 13 et le diaphragme 14 sont décalés latéralement par rapport à l'axe 61. Ces éléments, comme le bloc optique 17, sont rigidement liés à l'objectif 8 comme pré- cédemment. Le séparateur sélectif 9 laisse passer les impulsions diffusées laser comme dans l'instrument de la figure 2. La lentille de reprise 15 et le capteur de réception 12 sont centrés sur l'axe coaxial à l'axe 62, ce dernier étant symétrique de l'axe principal 61 par rapport à la normale à la surface réfléchis sante 101.On peut imaginer une variante du type de la figure 1 selon laquelle la ligne de visée serait coaxiale à 62, les impulsions laser diffusées étant ré fléchies selon 63. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le générateur laser 2 est disposé de manière que la lumière cohérente émise par lui se propage suivant une direction parallèle et opposée à la direction d'émission 4. Le repliement du faisceau laser sur le trajet compris entre la sortie du générateur 2 et l'entrée du système afocal d'émission 3 est assuré par un réflecteur 5 du type tétraèdre trirectangle ou par un système équivalent. Le générateur 2 et le système optique afocal 3 sont montés d'un meme côté du réflecteur 10. Les impulsions d'émission laser traversent deux fois le réflecteur entre le générateur 2 et le système afocal 3, le réflecteur étant doté d'une partie transparente en face de ce système afocal.Dans le mode de réalisation de la figure 3 > le générateur 2 émet, selon la direction d'émission, vers le système optique afocal 3 qui est disposé coaxialement à lui, de l'autre côté du réflecteur 2. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 3, l'élément de visée 13 est éclairé par la lumière visible réfléchie sur le réflecteur 10. L'élément de visée 13 pourrait etre éclairé par une source lumineuse disposée sur l'axe 63 ou 64 et son image serait vue, après réflexion sur le réflecteur 10, par une optique appropriée. Dans les modes de réalisation des figures 1 et 2, les impulsions diffusées ou la lumière visible sont renvoyées selon l'axe de réception 61 et il faut un réflecteur 20 pour dévier cette lumière vers le capteur 12 ou l'oculaire 11. Ce réflecteur est placé devant l'objectif 8 et il réfléchit la lumière visible ou les impulsions diffusées après leur réflexion sur le réflecteur principal 10 et leur passage au travers de l'objectif 8. Ce réflecteur 20 comporte une surface plane réfléchissante inclinée sur l'axe optique 6 qui réfléchit la lumière visible ou les impulsions laser diffusées selon l'axe 16 ou l'axe 19. Dans le mode de réalisation de la figure 1 où le séparateur sélectif 9 laisse passer la lumière visible, le réflecteur 20 réfléchit cette lumière visible selon l'axe 64. Dans le mode de réalisation de la figure 2 où le séparateur sélectif 9 laisse passer les impulsions laser diffusées, le réflecteur 20 réfléchit ces impulsions laser, selon l'axe 64, vers le capteur photosensible 12. Le faisceau de lumière visible est dévié par un réflecteur 21 vers loculaire 11 dont l'axe 18 est de préférence parallèle à l'axe 6 de l'objectif. Ce réflecteur est disposé sur le trajet de la lumière visible. il est disposé sur le trajet de la lumière compris entre le réflecteur 20 et l'oculaire (figure re 1) ou sur le trajet de la lumière compris entre le séparateur sélectif 9 et l'oculaire (figures2 Ce réflecteur 21 est constitué par une équerre optique (figures 1 et 2) ou par des miroirs (figure 3) ou par un système équivalent. La voie de visée est complétée par une optique intermédiaire 22. L'objectif 8 est rigidement lié à l'élément de visée 13, au séparateur sélectif 9 et au diaphragme 14. Dans les modes de réalisation qui sont représentés sur les dessins, cet objectif 8 est rigidement lié au bloc optique 17 comportant l'élément de visée 13, le diaphragme 14 et le séparateur sélectif 9. L'objectif 8 et le réflecteur principal 10 sont reliés l'un à l'autre par une liaison mécanique dont la longueur est approximativement égale à la moitié de la distance focale de l'objectif et qui est réalisée en un matériau ayant une dilatation thermique approximativement égale à deux fois la dilatation thermique du ou des verres de objectif Les alliages légers à base d'aluminium conviennent particulièrement pour réaliser cette liaison mécanique car ils se dilatent approximativement deux fois plus que le verre. Un ensemble électronique qui n'est pas représenté est relié au générateur laser 2 et au capteur de réception 12. Cet ensemble, connu en soi, détermine l'intervalle de temps compris entre l'émission d'une impulsion et sa réception sur le capteur 12. Le fonctionnement de l'instrument de télémètrie conforme à l'invention va maintenant être expliqué. Les impulsions laser sortant du générateur 2 traversent la partie semitransparente du réflecteur 10 puis le système optique afocal 3. Elles sont dirigées suivant la direction d'émission 4 vers la cible. Le réflecteur 5 prévu dans certains modes de réalisation peut jouir d'une certaine indépendance mécanique par rapport au réflecteur 10. L'axe d'émission laser suit donc les déplacements éventuels du réflecteur principal 10 et forme un angle invariable avec la normale au plan de la surface réfléchissante de ce réflecteur. Les impulsions sont diffusées par la cible et reviennent vers l'instrument suivant la direction de réception 6L Les impulsions laser diffusées et la lumière visible provenant de la cible et du domaine environnant traversent l'objectif 8 et subissent une -réflexion sur le réflecteur principal 10. L'objectif 8 forme du paysage une image qui se situe au niveau de l'élément de visée 13. Les impulsions diffusées laser sont focalisées au niveau du diaphragme 14 d'où la lentille de reprise 15 les concentre sur la surface sensible du capteur de réception 12. Le séparateur sélectif sépare les impulsions diffusées laser et la lumière visible. Dans le mode de réalisation de la figure i, la lumière visible traverse le séparateur sélectif 9 et l'objectif 8. Elle est ensuite réfléchie par le réflecteur 20 vers l'oculaire. Les impulsions diffusées laser sont réfléchies, avant de retraverser l'objectif 8, par le séparateur sélectif 9. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la lumière visible, avant de retraverser l'objectif, est réfléchie, par le séparateur sélectif 9, vers l'oculaire. Les impulsions diffusées laser retraversent ltd)jectif 8 puis sont réfléchies par le réflecteur 20 vers le capteur de réception 12. L'axe d'émission dépend de la normale au réflecteur principal et de l'axe du système afocal 3 dans une plus faible mesure. La direction de visée est déterminée par la normale au réflecteur plan 10 et par la position relative du centre optique de l'objectif 8 et du micromètre 13. Du fait que le réflecteur 10 est disposé à mi-focale, cette direction de visée conservera une direction invariable par rapport à la normale à la partie réfléchissante de ce réflecteur. La direction de réception laser est déterminée par la normale au réflecteur plan 10 et par la position relative du centre optique de l'objectif 8 et du diaphragme 14. L'axe de visée et l'axe de réception laser restent parallèles puisque les faisceaux respectifs passent par les mêmes éléments optiques à savoir l'objectif et le réflecteur principal et ne sont separés qu'au niveau du bloc 17 qui peut facilement être indéréglable.L'axe d'émission laser reste parallèle à l'axe de visée et à l'axe de réception laser puisque cet axe démission est lié au réflecteur principal 10. L'image du paysage reste correctement focaliséeau niveau de l'élément de visée 13 puisque la liaison mécanique entre l'objectif et le réflecteur principal se dilate deux fois plus que le verre. De même les impulsions diffusées laser restent correctement focalisées au niveau du diaphragme 14. Le réflecteur 21, l'optique intermédiaire 22 et l'oculaire 11 n'interviennent pas sur la direction de la ligne de visée. Des montures en plastique peuvent donc être envisagées pour tenir ces éléments dans l'instrument. La position du réflecteur 20 n'a pas besoin d'être rigoureuse et ce réflecteur peut être monté de manière fixe dans le boitier par une monture réalisée en plastique par exemple. De même, les positions de la lentille de reprise 15 et du capteur de réception 12 n'ont pas besoin d'être rigoureuses et ces éléments peuvent être montés sur des supports réalisés en plastique par exemple. I1 est hien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'em- ploi de moyens équivalents. Le bloc optique 17 pourrait être disposé devant l'objectif 8 dans le mode de réalisation de la figure 1 ou dans le mode de réalisation de la figure 2. Le réflecteur semi-réfléchissant 20 pourrait être disposé entre l'ob- jectif 8 et le séparateur sélectif 9. REVENDICATIONS 1.- Instrument de télémètrie laser à lunette incorporée comportant un ensemble d'émission laser émettant des impulsions laser vers une cible qui renvoie des impulsions laser diffusées se propageant avec la lumière visible au travers diun objectif vers un séparateur sélectif qui dirige d'une part lesdites impulsions diffusées vers un capteur de réception photosensible et d'autre part ladite lumière visible vers un élément de visée disposé sur le parcours de la lumière visible pour définir la ligne de visée, caractérisé par le fait qu'il comporte, après l'objectif, un réflecteur principal qui réfléchit les impulsions laser diffusées et la lumière visible vers ledit séparateur sélectif qui est placé à proximité de l'objectif. 2.- Instrument selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réflecteur principal est disposé par rapport au plan principal image de l'ob- jectif à une distance égale à la moitié de la distance focale de cet objectif. 3.- Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le miroir de sortie du générateur de l'ensemble d'émission laser est solidaire du réflecteur principal. 4.- Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système de lentilles afocal de l'ensemble d'émission laser est solidaire du réflecteur principal. 5.- Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réflecteur principal est un miroir ayant une surface réfléchissante centrée sur l'axe optique de l'objectif et une partie semitransparente traversée par le faisceau d'émission laser. 6.- Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la liaison mécanique entre l'objectif et le réflecteur principal est réalisée en un matériau ayant une dilatation thermique approximativement égale à deux fois celle du verre de l'objectif. 7.- Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le séparateur sélectif est un élément optique capable de laisser passer la lumière visible et de réfléchir latéralement les impulsions diffusées laser. 8.- Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes comporte un caractérisé par le fait qu'il/ réflecteur disposé devant l'objectif pour réfléchir la lumière. 9.- Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le séparateur sélectif est inséré dans un bloc optique doté d'une face contre laquelle est appliqué un diaphragme disposé sur le trajet des impulsions diffusees. 10.- Instrument selon la revendication 9, caractérisé par le fait que Le bloc optique est doté d'une face oontre laquelle est appliqué l'élément de visée. 11.- Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes réflecteur caractérisé par le fait que la face réfléchissante du est perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif. 12.- Instrument selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ca réflecteur ractérisé par le fait que la face réfléchissante du fait un angle différent de 900 avec l'axe optique de l'objectif.