Brevet FR2445970A1 — publié le 19800801

La présente invention se rapporte à des perfectionnements au télémètre à laser qui permettent d1obtenir un pointage stable en dépit des mouvements ou des vibrations que subit l'instrument. Le télémètre selon l'invention peut être tenu à la main ou peut dtre monté sur un véhicule. Un télémètre à laser comporte d'une part un générateur laser qui émet un faisceau d'impulsions lumineuses vers la cible et d'autre part un récepteur photo-sensible qui revoit le faisceau d'impulsions lumineuses diffuse par cette cible. Un ensemble électronique est associe au générateur laser et au récepteur photo-sensible pour mesurer l'intervalle de temps compris entre émission d'une impulsion et sa réception sur le récepteur. Les télémètres à laser nécessitent un pointage précis de la direction et du faisceau d'émission/de la direction du faisceau diffusé par la cible. En effet, le champ du télémètre (angle sous lequel est recu le faisceau laser diffusé par la cible) est petit. On recherche en effet un petit champ pour limiter les doubles échos et pour augmenter la portée en concentrant le faisceau d'ission laser. Pour contrôler le diamètre du faisceau d'émission on utilise un système optique afocal tel que celui décrit par exemple dans le brevet français 7139025. Les mouvements accidentels et les vibrations contrarient la precision du pointage notamment lorsque l'instrument est tenu à la main. Il convient donc de stabiliser les directions d'émission et de réception laser. Une lunette de visée oculaire est incorporee dans le télémètre. Le faisceau de réception laser et le faisceau de lumière visible traversent un objectif convergent. Un élément de visée du type réticule ou micromètre est place au foyer de cet objectif pour définir une référence dans le champ qui est vu au travers d'un oculaire. La séparation du faisceau de lumière visible et du faisceau de reception laser est effectuée par un séparateur généralement placé entre l'objectif convergent et I'élement de visée du type reticule ou micromètre. La direction de visée oculaire doit être stabilisée comme les autres directions. On connait dejà des systèmes qui permettent de stabiliser une ligne de visée dans les instruments de visée tels que les lunettes, jumelles, télescopes, télémètres optiques, etc... et dans les appareils photographiques ou cinematographiques. La stabilisation de la visee peut titre obtenue à l'aide d'un gyroscope. Des systèmes de stabilisation de ce type sont décrits par exemple dans les brevets français 1.440.833, 1.453.827, 1.396.456, 1.422.904, 1.455.923 et dans le brevet américain 4.013.339. Un système de ce type est d'un emploi difficile voire impossible dans un télémètre tenu à la main, à cause du gyroscope. La stabilisation de la visée peut être obtenue sans gyroscope à l'aide de systèmes pendulaires ou fonctionnant par inertie. De tels systèmes sont par exemple decrits dans les brevets français 1.192.262, 1.206.958, 1.386.114 ou 2.199.605. La présente invention a pour objet un système de stabilisation appliqué à un télémètre à laser permettant d'obtenir la stabilisation des directions démission et de réception laser, sans utiliser de gyroscope. La direction de visée oculaire est stabilisée en meme temps que les directions d'émission et réception laser. Ce télémètre est d'un emploi facile et peut être tenu à la main. Selon l'invention, le télémètre comporte un boitier à l'intérieur duquel sont montés un générateur laser émettant un faisceau d'impulsions dirigé vers une cible et un objectif convergent traversé par le faisceau laser diffusé par la cible et suivi d'un ensemble de réception et il est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte un réflecteur disposé en face de la cible et susceptible de pivoter par rapport au boitier autour d'un axe en étant stabilisé dans l'espace par inertie et un réflecteur proche de l'objectif et susceptible de pivoter par rapport au boitier autour d'un axe parallèle à sa face réfléchissante et perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif en étant stabilisé dans l'espace par inertie et au moins un système optique afocal ayant un grossissement égal à 1/2 en valeur absolue,disposé sur le trajet d'au moins un faisceau compris entre lesdits réflecteurs. Selon une caractéristique de l'invention, le télémètre comporte un système de lentilles afocal, de grossissement positif, traversé par le faisceau d'émission laser et associé à un réflecteur fixe disposé sur le trajet dudit faisceau compris entre les deux réflecteurs mobiles et un système de lentilles afocal, de grossissement aégatif,traversé par le faisceau laser diffusé. Selon une autre caractéristique, chaque système de lentilles afocal est disposé de manière que son axe optique soit perpendiculaire à l'axe de rotation du réflecteur proche de l'objectif et soit parallèle à l'axe de rotation du réflecteur faisant face à la cible. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure l est une coupe verticale schématique du télémètre conforme à l'invention. La figure 2 est une vue du télémètre de la figure l dans une position inclinée résultant d'un mouvement perturbateur. Les éléments constitutifs de l'instrument représenté sur les figures l et 2 sont logés dans un boitier 1. Celui-ci est pourvu d'une ouverture 11 permettant le passage du faisceau d'émission laser et du faisceau diffusé et du faisceau de lumière visible. Le télémètre comporte un générateur 2 capable d'émettre un faisceau dtimpulsions lumineuses laser. Ce faisceau d'émission ê- merge de l'instrument selon une direction d'émission 64. Après diffusion sur la cible, le faisceau laser diffusé est reçu selon une direction de réception 74. Le faisceau laser diffusé et le faisceau de lumière visible provenant du champ de vision traversent un objectif convergent 31 qui est centré sur un axe 311. Si l'on prend pour référence le sens de propagation de la lumière visible, ce faisceau traverse, à l'arrière de l'objectif 31, un réticule ou micromètre 34 puis un oculaire 33. L'oculaire 33 est logé à l'intérieur d'une monture 12 du boitier et est centré, comme le réticule ou micromètre 34, sur un axe 331. Le faisceau laser diffusé et le faisceau de lumière visible sont séparés par un élément séparateur 9. Cet élément séparateur est disposé entre le réticule ou micromètre 34 et l'objectif 31. Il est constitué par exemple par une lame dichrolque. Le réticule ou micromètre 34 est positionné au foyer de l'objectif 31, en arrière de l'élément séparateur 9. Le faisceau diffusé laser, après avoir traversé l'élément séparateur2 est centré sur l'axe 85. Il est focalisé au niveau du diaphragme 81 qui est situé également au foyer de l'objectif 31. Le faisceau diffusé laser traverse, en arrière du diaphragme 81, une lentille de reprise 82. Cette lentille de reprise est suivie d'un capteur de réception 84 du type photoiode . Ce capteur de réception 84 reçoit le faisceau diffusé laser. Un ensemble de mesure électronique, connu en soi, sert à déterminer le temps compris entre l'émission de chaque impulsion laser et sa réception sur le capteur de réception 84. Cet ensemble est monté sur la carte 101. Le résultat est affiché numériquement sur des afficheurs 102 qui sont visibles dans le champ de vision oculaire. Pour réduire l'encombrement, un réflecteur 32 est disposé sur le trajet du faisceau diffusé laser et du faisceau de lumière visible, entre l'objectif 31 et l'élément séparateur 9. Pour la meme raison, un réflecteur 83 est disposé entre la lentille de reprise 82 et le capteur de réception 84. Chacun de ces réflecteurs peut être constitué par un miroir, un prisme à réfle x ion totale ou une équerre optique à 450 ou à 1350. L'instrument comporte un ensemble de stabilisation des directions du faisceau d'émission, du faisceau diffusé et du faisceau visible. Cet ensemble comporte un réflecteur mobile 4 faisant face à la cible. Il est doté d'une surface réfléchissante plane sur laquelle s'effectue la première réflexion du faisceau diffusé laser et du faisceau visible et il est susceptible de pivoter par rapport au boitier autour d'un axe 41. L'ensemble de stabilisation comporte par ailleurs un réflecteur mobile 5. Ce réflecteur est sur lesquelles s'effectuent la première réflexion doté de surfaces refléchissantes/du faisceau d'émission laser et la deuxième réflexion du faisceau diffusé laser et du faisceau visible. Il est susceptible de pivoter par rapport au boitier autour d'un axe 51 parallèle à sa face réfléchissante et perpendiculaire à l'axe optique 311.Chaque réflecteur mobile 4 ou 5 est constitué d'un miroir ou d'un prisme à réflexion totale monté sur un support. I1 est lié au boitier par des moyens de suspension permettant le pivotement autour d'un axe et le rappel élastique dans une position d'équilibre stable. La rotation du réflecteur est provoquée par l'inertie de la masse du réflecteur et de son support. Des moyens d'amortissement sont prévus pour amortir les oscillations du réflecteur autour de son axe. Les moyens de suspension de chaque réflecteur peuvent par exemple Xetre constitués par une barre de torsion souple mais d'autres moyens, connus en soi, peuvent également convenir. Les moyens d'amortissement peuvent, par exemple, être constitués par un dispositif à courant de Foucault. Le réflecteur est alors solidaire d'au moins une palette engagée dans l'entrefer d'un aimant.Des masselottes, non représentées, sont solidaires de chaque miroir ou de son support. Les masses de ces masselottes augmentent l'inertie de chaque ensemble formé du réflecteur et de son support. Chaque faisceau traverse, entre les deux réflecteurs mobiles 4 et 5, un système de lentilles afocal. Le télémètre comprend, entre les deux réflecteurs mobiles, deux systèmes de lentilles afocaux dont l'un est traversé par le faisceau d'émission laser et dont l'autre est traversé par le faisceau diffusé laser. Un premier système de lentilles afocal, centré sur l'axe 63, est composé d'un groupe 61 d'au moins une lentille et d'un groupe 62 d'au moins une lentille. I1 est traversé par le faisceau d'émission laser dans le sens allant du groupe 61 au groupe 62. Ce système est afocal c'est-à-dire donne d'un point à l'infini une image à l'infini du fait que le foyer image du groupe 61 colncide avec le foyer objet du groupe 62. Le groupe d'entrée 61 est divergent et le groupe de sortie 62 est convergent. Ce système de lentilles afocal est équivalent à une lunette de Galilée afocale et il évite tout point de focalisation.Si par convention la lumière se propage du réflecteur 5 au réflecteur frontal 4, c'està-dire du groupe 61 au groupe 62, le grossissement du système de lentilles afocal 61-62 est égal à + 1/2, le signe positif signifintqu'il donne d'un objet une image droite. Du fait que le système est afocal et est doté d'un grossisse ce ment de 1/2, le faisceau d'émission qui émerge de/système de lentilles afocal a un diamètre deux fois plus grand que le diamètre du faisceau d'émission incident et tout rayon émergent incliné sur l'axe optique correspond à un rayon incident incliné d'un angle deux fois plus grand sur cet axe. Ce système de lentilles 6162 est associé à un réflecteur fixe 65 qui est solidaire du boîtier. Le système de lentilles 61-62 peut être disposé facilement entre le réflecteur fixe 65 et le réflecteur frontal 4.La surface réfléchissante du réflecteur fixe 65 est à 450 par rapport à l'axe optique 63. Ce réflecteur fixe est constitué par un prisme à réflexion totale ou, ce qui est équivalent, par un miroir de manière à faire subir un nombre impair de réflexions au faisceau d'émission laser. Un second système de lentilles afocal, centré sur l'axe 73, est traversé par le faisceau diffusé laser et par le faisceau de lumière visible. Il est composé d'un groupe 71 d'au moins une lentille et d'un groupe 72 d'au moins une lentille. Les deux groupes 71 et 72 sont convergents. Le système est afocal du fait que le foyer image du groupe d'entrée 71 coïncide avec le foyer objet du groupe de sortie 72. Une lentille de champ ou collectrice 74 est prévue au point de coTncidence des foyers. Si par convention, le faisceau diffusé laser et le faisceau visible se propagent du réflecteur frontal 4 au réflecteur 5, c'est-àdire du groupe 71 au groupe 72, le grossissement de ce système afocal est égal à - 2, le signe négatif signifiant qu'il donne d'un objet (coté groupe 71) une image renversée.Du fait que le système est afocal et est doté d'un grossisse ment de 2, le faisceau diffusé laser qui sort du groupe 72 a un diamètre deux fois plus petit que le diamètre du faisceau diffusé incident et tout rayon émergent incliné sur l'axe optique correspond à un rayon incident incliné d'un angle deux foi plus petit sur cet axe. Le grossissement serait de -1/2 si la lumière se propageait du reflecteur 5 au réflecteur 4. Les axes optiques 63 et 73 sont parallèles. Chaque axe optique 63 ou 73 est perpendiculaire à l'axe de rotation 51 du réflecteur 5 proche de l'objectif 31 et est parallèle à l'axe de rotation 41 du réflecteur frontal 4. Ainsi les axes 41 et 51 sont perpendiculaires. La surface réfléchissante plane du réflecteur frontal 4 fait un angle de 450 avec l'un quelconque des axes optiques 63 et 73. De préférence les faces réfléchissantes planes du réflecteur 5 font également un angle de 450 avec ces axes 63 et 73. Si les axes optiques 63 et 73 sont verticaux, le réflecteur frontal 4 dévie donc les faisceaux en gisement, le réflecteur 5 déviant ces faisceaux en site. La disposition inverse pourrait & re envisagée si par exemple les axes optiques sont horizontaux. Le réflecteur 5 proche de l'objectif 31 comporte deux surfaces réfléchissantes planes et parallèles. Le générateur laser 2 est disposé de manière à émettre un faisceau d'émission parallèle aux axes optiques 63 et 73. Si la surface réfléchissante du réflecteur 5 est à 450 de l'axe 73, I'axe optique de l'ob- objectif 31 est alors perpendiculaire à cet axe d'émission laser, cet objectif et le générateur 2 étant situés de part et d'autre des surfaces réfléchissantes du sélecteur mobile 5. Le fonctionnement du télémètre va maintenant Xetre décrit en se référant au2 figures 1 et 2. Le faisceau d'émission fourni par le générateur laser 2 subit une première réflexion sur le réflecteur mobile 5. Il subit une seconde réflexion sur le réflecteur fixe 65 puis il traverse le système optique afocal 61-62. I1 subit ensuite une troisième réflexion sur le réflecteur frontal 4. Le faisceau diffusé par la cible subit une première réflexion sur le réflecteur frontal 4. Ce faisceau diffusé traverse ensuite le système optique afocal 71-72 puis il subit une seconde réflexion sur le réflecteur 5 avant de traverser l'objectif 31. Pour l'observation, il faut un champ étendu.Pour le bon fonctionnement optique du système, il faut que la pupille d'entrée soit située au niveau du réflecteur mobile 4 et que l'image de cette pupille à travers le système afocal 71-72 soit située au niveau du réflecteur 5, les éléments optiques situés plus en aval formant l'image de cette pupille dans la pupille de l'oeil. Cette condition est remplie par la lentille de champ 74 dans le système afocal de grossissement négatif. Supposons que le télémètre subisse un mouvement perturbateur en site, c'est-à-dire autour d'un axe parallèle à l'axe 51 et appelons l'angle de pivotement du télémètre autour de cet axe. Pendant un certain temps, le réflecteur 5 reste fixe dans l'espace c'est-à-dire par rapport à la direction de la cible. Dans le référentiel lié au boitier de l'instrument, le faisceau d'émission laser réfléchi sur le réflecteur 5 est dévié d'un angle 2 o( . Après reflexion sur le réflecteur fixe 65, le faisceau d'émission incident sur le système afocal 61-62 est donc incliné d'un angle 2 i par rapport à l'axe optique 63. Le faisceau d'émission qui émerge du système afocal 61-62 est dévié d'un angle e( puisque le grossissement de ce système est égal à 1/2 en valeur absolue. Le faisceau d'émission laser lorsqu'il arrive sur le réflecteur frontal 4 est incliné d'un angle o( par rapport à l'axe optique 63. Le faisceau d'émission qui est réfléchi sur le réflecteur mobile 5 est incliné d'un angle o( par rapport à l'axe optique 64 et continue de ponter dans une direction parallèle à la direction initiale, compte tenu de la rotation du boîtier. La déviation résultante a lieu avec le signe approprié si l'ensemble des éléments optiques compris entre les réflecteurs mobiles 4 et 5 a un grossissement négatif. Ce grossissement négatif est obtenu par la combinaison du système de lentilles afocal de positif grossissement/et de la réflexion sur le réflecteur fixe 65 q torse le sens de l'image dans le plan de la figure. Le faisceau diffusé laser est d'abord réfléchi sur le réflecteur frontal 4. Le faisceau diffusé incident est incliné d'un angle o( par rapport à l'axe 74 et il est réfléchi selon une direction faisant un angle avec l'axe optique 73. Du fait que le grossissement du système afocal 71-72 est égal à 2 en valeur absolue, le faisceau diffusé qui émerge de ce système afocal est dévié d'un angle 2o Supposons maintenant que le télémètre subisse un mouvement perturba teur en gisement autour de l'axe 41 et appelons l'angle de rotation autour de cet axe. Le réflecteur frontal 4 qui est mobile dans le boitier restera immobile par rapport à la direction de visée pendant un certain temps. Du fait que ce réflecteur est à 450 de l'axe optique, il est bien connu que dans le référentiel associé au boitier, sa rotation provoquera deux effets : d'une part une déviation en gisement de l'angle P , propre à compenser l'effet du mouvement du boitier et d'autre part une rotation de même angle de l'image n'altérant pas la direction de visée au centre du champ. Cette rotation de l'image ntest préjudiciable que pour l'observation loin du centre du champ2 pour de grands angles de déviation. Elle peut être tolérée dans le cas d'un appareil de constuction simple. Pour un appareil plus complexe, cette rotation peut tre compensée par un prisme à réflexions du type Pechan, Wollaston ou Dove. I1 est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de même envisager ltemploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 10/ Télémètre à laser comportant un boitier à l'intérieur duquel sont montés un générateur laser émettant un faisceau d'impulsions dirigé vers une cible et un objectif convergent traversé par le faisceau laser diffusé par la cible et suivi d'un ensemble de réception caractérisé par le fait qu'il comporte un réflecteur disposé en face de la cible et susceptible de pivoter par rapport au boitier autour d'un axe en étant stabilisé dans l'espace par inertie et un réflecteur proche de l'objectif et susceptible de pivoter par rapport au boitier autour d'un axe parallèle à sa face réfléchissante et perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif en étant stabilisé dans l'espace par inertie et au moins un système de lentilles afocal ayant un grossissement égal à 1/2 en valeur absolue disposé sur le trajet d'au moins un faisceau compris entre lesdits réflecteurs. 20/ Télémètre à laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un système de lentilles afocal, de grossissement positif, traversé par le faisceau d'émission laser et associé à un réflecteur fixe disposé sur le trajet dudit faisceau compris entre les deux réflecteurs mobiles et un système de lentilles afocal,de grossissement négatif,traversé par le faisceau laser diffusé. 30/ Télémètre à laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque système de lentilles afocal est disposé de manière que son axe optique soit perpendiculaire à l'axe de rotation du réflecteur proche de l'objectif et soit parallèle à l'axe de rotation du réflecteur faisant face à la cible. 40/ Télémètre à laser selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que la surface réfléchissante du réflecteur faisant face à la cible est dispose à 450 des axe optique des systèmes de lentilles afocaux. 50/ Télémètre à laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réflecteur proche de l'objectif convergent comporte deux surfaces réfléchissantes dont l'une réfléchit le faisceau laser diffusé et dont l'autre réfléchît le faisceau d'émission laser.