Brevet FR2452724A1 — publié le 19801024

'invention a pour objet un appareil de balayage optique. Dans la recherche de cibles ou objectifs, on a proposé de projeter, à partir d'un poste de recherche, sur un champ où peut se trouver un objectif, un pinceau de rayons lumineux qui, lorsqu'il est réfléchi par une cible potentielle, fait retour au poste de recherche et fait connaitre l'existence de la cible. Pour obtenir une information rapide et précise, avec une sensibilité élevée, il conviendrait de balayer le champ à grande vitesse par un pinceau de rayons lumineux transportant une forte énergie et de très faible ouverture. Mais, jusqu'à présent, aucun appareil de balayage optique n'a permis d'obtenir des résultats pleinement satisfaisants. Pour l'obtention d'un balayage rapide, les appareils à miroir oscillant devraient avoir une fréquence d'oscillations rendant leur réalisation pratiquement impossible, même si on admettait le bruit que développerait leur fonctionnement, d'autant plus que le miroir doit avoir des dimensions notables pour la réception du faisceau réfléchi. L'utilisation de prismes est à exclure, en raison du balourd de leur montage. Elle introduirait en outre une limitation par suite de la variation d'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde. Des déflecteurs du type électro-optique, comme des cellules de Kerr, s'ils peuvent etre opératoires pour la déviation du faisceau émis, obligeraient à des moyens de polarisation de la lumière réfléchie pour faire subir à celle-ci la déviation inverse de celle de l'émission. L'invention a pour objet un appareil de balayage optique qui surmonte ces difficultés et conduit à une réalisation remplissant de manière simple les conditions multiples que pose la recherche de cibles. L'appareil selon l'invention est caractérisé par ce fait qu'il combine deux réflexions sur un miroir plan tournant autour d'un axe incliné pour, à partir d'un pinceau lumineux fixe, obtenir un balayage sensiblement plan. I1 est en outre caractérisé par l'intervention de miroirs plans pour, d'une manière en soi connue, doubler à chaque réflexion la déviation introduite par la première réflexion sur une surface tournante. Selon une forme de réalisation particulièrement simple, l'appareil comprend un miroir tournant plan solidaire de l'arbre d'un moteur électrique et les miroirs plans accentuant la déviation du pinceau sont disposés de manière à ramener le pinceau sur le miroir tournant, le balayage du rayon réfléchi devenant ainsi un balayage sensiblement plan. Selon l'invention également, au moins un des miroirs non tournants est monté à orientation variable de manière à superposer au balayage rapide introduit par le miroir tournant un déplacement lent du plan de balayage permettant une exploration du champ. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique perspective d'un appareil selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique d'une partie de cet appareil; la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 mais dans une autre représentàtion; la figure 4 est un schéma d'une variante. Dans la forme de réalisation représentée, l'appareil comprend un premier miroir M1 (figure 1) monté à rotation autour de l'axe 11 d'un arbre 12 (figure 2) d'un moteur électrique. Le miroir M1 est contenu dans un bottier 13, à surface latérale cylindrique 14 et à fond 15 de fixation sur l'arbre 12, un montage 16 intérieur au bottier 13 donnant au miroir M1 une inclinaison par rapport à l'axe 11 qui est de l'ordre du degré. Une masselotte 17 est prévue dans la partie du bottier où le miroir M1 est le plus proche du fond 15 pour réaliser un équilibrage parfait, de sorte que le bottier 13 avec son miroir M1 peut être entraîné à une vitesse supérieure à 10 000 tours/mn sans vibrations. Dans le cas où on désire un fonctionnement silencieux bien que le bottier 13 tourne dans l'air, la face antérieure du bottier est obturée par une glace 18. On a représenté en 1 sur la figure 1 un pinceau incident, avantageusement un pinceau de faible ouverture de rayons laser. Dans la zone de l'espace du pinceau 2 réfléchi par le miroir M1 est disposé un miroir plan M2. Du fait de la rotation de l'arbre 12, le miroir M1 prend diverses inclinaisons par rapport au pinceau 1, comme schématisé par les plans limites P et P', résul tant l'un de l'autre d'une rotation autour d'un axe Oy perpendiculaire à l'axe 11, ou axe Oz. Sur la figure 1, le pinceau incident 1 tombe sur le miroir M1 au point 0, intersection de l'axe avec le miroir, mais cette condition n'est nullement nécessaire pour le bon fonctionnement de l'appareil. , Le miroir M2 rencontre suivant une droite m2 le plan xOz (Ox étant perpendiculaire tant à Oz qu a Oy) et la droite m2 fai un angle e2 avec une parallèle à l'axe 11. Dans la zone de l'espace balayée par le pinceau 3 réfléchi par le miroir M2 se trouve un miroir plan M3 et la trace m3 du miroir M3 sur le plan zOx fait un angle e3 avec une parallèle à l'axe 11. Des moyens sont prévus pour faire varier l'orientation du miroir M3 par rotation autour d'un axe g3 passant sensiblement dans la partie médiane du miroir, située dans le plan de celui-c et perpendiculaire au plan zOx. Lorsque le miroir M1 tourne autour de l'axe Il, le pinceau 2 qu'il réfléchit decrit un c8ne dont la trace sur le miroir M2 est une ellipse e2. Le pinceau 3 réfléchi par le miroir M2 décri également un conne dont la trace sur le miroir M3 est une ellipse e3 e La position du miroir M3 est telle que le pinceau mobile 4 qu'il réfléchit tombe constamment sur le miroir tournant M1 dont la rotation provoque la mobilité du pinceau 3. La trace sur le miroir M1 du pinceau 4 réfléchi par le miroir M3 est une ellipse et le pinceau 5 réfléchi par le miroir tournant M1 à partir du pinceau 4 est sensiblement contenu dans un plan. Pour la positic du miroir M1 schématisée par le plan P, le pinceau 5 rencontre le champ de recherche en un point p. Lorsque le miroir M1 est dans sa position diamétralement opposée, comme schématisé par le plan P', le pinceau 1 est réfld chi par ledit miroir suivant le pinceau 2', qui rencontre le miroir M2 en un point d'2 de 11 ellipse e2 diamétralement opposé au point d2 , trace du pinceau 2. Le miroir k2 réfléchit le pinceau 2' suivant un pinceau 3' qui rencontre le miroir M3 en un point d'3 de l'ellipse e3 symétrique du point d3 de rencontre du rayon 3 avec le miroir M3 par rapport au centre de l'ellipse. Le pinceau 4' résultant de la réflexion du pinceau 3' sur le miroir M1 rencontre le plan P' au point '4 et le pinceau réfléchi 5' rencontre le champ de recherche suivant un point p. Pour les positions intermédiaires du miroir tournant M1, les pinceaux réfléchis 5 balaient le champ de recherche sensiblement suivant la droite pp' lorsque le plan de recherche est très éloigné de l'appareil. Dans le cas où le pinceau 5 rencontre, dans le champ de recherche, un réflecteur qui renvoie le pinceau réfléchi suivant sa direction d'incidence, le pinceau réfléchi tombe sur le miroir M1 et parcourt, en vertu du principe du retour inverse de la lumière, le trajet des pinceaux 4, 3, 2, 1. La faible ouverture du pinceau 1 donne l'assurance que, malgré les perturbations qui peuvent être provoquées par la traversée du milieu aérien, l'énergie lumineuse réfléchie dans le plan de recherche ne tombe pas en dehors des miroirs respectivement M1 , puis M3 , puis M2 , puis à nouveau M1. La section transversale duXpinceau réfléchi 1' suivant la direction du pinceau 1 est montrée sur la figure 3 par l'ellipse E. De bons résultats ont été obtenus en choisissant un miroir M1 circulaire d'un diamètre sensiblement égal à 1,7 fois le diamètre du faisceau de retour 1' et tournant à 15 000 tours/minute. L'inclinaison a du miroir Mî sur l'axe 11 était de 0,70. L'angle R du pinceau 1 avec l'axe z était de 420. Le diamètre du miroir M2 était sensiblement de 0,8 fois le diamètre du miroir M1. Le diamètre du miroir M3 était sensiblement 1,1 fois le diamètre du miroir M2 L'angle #2 était égal à 120. L'angle e3 était égal à-50 . La distance entre le miroir Mî et les miroirs M2 et S3 était de llordre de 200 mm. Pour une inclinaison a du miroir M1 sur l'axe 11, l'angle de balayage du pinceau 5 sortant de l'appareil est sensiblerent de Sa, correspondant aux quatre réflexions successives, d'abord sur le miroir MI , ensuite sur le miroir M2 , ensuite sur le miroir M3 , enfin à nouveau sur le miroir M1. La trace du pinceau 5 dans un plan I de recherche n'est pas rigoureusement une droite mais une courbe elliptique très allongée. Le champ balayé à partir du miroir M1 est de l'ordre de 5 . En superposant au balayage rapide correspondant à la rota tion du miroir M1 autour de l'axe Oz un mouvement résultant de la variation de l'orientation du miroir M3 , c'est-à-dire en faisant varier l'angle 83 , la trace du pinceau 5 sortant de l'appareil se déplace dans le plan de recherche ou d'observation en décrivant la courbe S. Cette courbe, si le plan de recherche I est à grande distance, est sensiblement une sinusoide, si l'orientation du miroir M3 varie de manière uniforme. L'invention prévoit également de faire varier l'orientation du miroir M2. Cette variation est avantageusement conduite suivant une loi différente de celle de la variation de l'orientation du miroir M3, On peut ainsi, par exemple, au cours d'une phase de recherche, superposer au balayage rapide provenant de la rotation du miroir M1 un déplacement relativement lent correspondant à la variation d'orientation du miroir M3 puis, en cas d'un écho, c'est-à-dire lors de la réception par l'appareil d'un pinceau réfléchi sur le plan de recherche, immobiliser le miroir M3 , et ensuite faire varier l'orientation du miroir M2 de part et d'autre de sa position moyenne, et cela suivant une vitesse plus grande que celle de la variation d'orientation du miroir M3. Par exemple, on prévoit que, dans le cas du mouvement du pinceau provenant de la variation d'orientation du miroir M3 celui-ci se déplace entre ses positions extrêmes en une seconde tandis que, lorsque le mouvement du pinceau provient de la variation d'orientation du miroir M2 , la durée correspondante est de I/loème de seconde, la variation de 82 étant dix fois plus faible que celle de e3 L'appareil est compact. Son équilibrage est facile. Une faible inclinaison du miroir rotatif assure un balayage suivant un grand angle. Dans la forme de réalisation montrée sur la figure 4, l'appareil comprend un dispositif moteur 21 à deux arbres 22 et 23 tournant à des vitesses égales mais dans des sens opposés. Sur l'arbre 22 est calé un premier miroir 24 incliné d'un angle a par rapport à l1axe de l'arbre 22 et sur l'arbre 23 est calé un second miroir 25 incliné du meme angle a par rapport à l'axe de l'arbre 23. Des miroirs plans 26, 27, 28 sont disposés de manière qu'un pinceau R2 réfléchi par le miroir tournant 24, soit renvoyé par le miroir 26 suivant un pinceau R3 , que le miroir 27 réfléchit suivant un pinceau R4 , que le miroir 28 réfléchit suivant un pinceau R5 pour que ledit pinceau R5 tombe sur le second miroir tournant 25 et soit réfléchi suivant un pinceau R6 , qui est le pinceau balayant sensiblement dans un plan et suivant un angle relativement grand. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour obtenir, à partir d'un pinceau de lumière fixe, un pinceau balayant, caractérisé en ce qu'il consiste à faire réfléchir le pinceau fixe sur une première surface réfléchissante plane tournant autour d'un axe non perpendiculaire à son plan, puis à faire subir une seconde réflexion au pinceau réfléchi sur une surface plane tournant autour d'un axe non perpendiculaire à son plan, de manière à rester parallèle à la première surface. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après la première réflexion sur la surface réfléchissante plar tournante, on ramène le rayon réfléchi à nouveau vers ladite surface, qui joue le rôle de seconde surface tournante. 3.- Appareil pour obtenir un pinceau balayant de lumière à partir d'un pinceau fixe pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une première surface réfléchissante plane tournant autour d'un axe non perpendiculaire à son plan et une seconde surface réfléchissante plane constamment équipollente à la première, et des moyens pour amener sur la seconde surface un pinceau provenant de la réflexion sur la première surface. 4.- Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première et la seconde surfaces sont des miroirs plans solidaires d'axes parallèles entraînés par un même moteur électrique et semblablement inclinés sur lesdits axes. 5.- Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que c'est un morne miroir plan qui constitue la prenière et la seconde surfaces réfléchissantes tournantes. 6.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens pour diriger sur le miroir tournant un pinceau provenant de la première réflexion sont des miroirs plans. 7.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins un des miroirs plans est d'orientation variable. 8.- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'également- un autre miroir plan est d'orientation variable. 9.- Appareil selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la vitesse de variation d'orientation d'un des miroirs plans est différente de celle de l'autre miroir plan.