Brevet FR2546307A1 — publié le 19841123

Dispositifs optiques simulateurs de portée La présente invention concerne des dispositifs optiques simulateurs de portée. Pour tester la fonction portée d'un télémètre à laser, il est nécessaire de diriger la partie émettrice du télémètre sur des cibles éloignées d'une distance connue pour obtenir une onde réfléchie qui est recueillie par la partie réceptrice du télémètre La cible éloignée peut être disposée en un emplacement situé à une distance réelle, mais ceci exige l'utilisation prohibitrice de grandes étendues de terrain qui est coûteuse et peu commode En variante, on peut reproduire une cible éloignée dans un dispositif simulateur de portée, compacte et se présentant sous la forme d'un dispositif auxiliaire du télémètre. Diverses formes de dispositifs simulateurs de portée sont connues et ont été décrites par exemple dans les brevets U S 4 068 952, 4 167 328 et 4 189 233. Un objet de la présente invention est de proposer une forme perfectionnée de dispositif optique simulateur de portée. Selon la présente invention, il est proposé un dispositif optique simulateur de portée destiné à tester la fonction portée d'un télémètre à laser, comprenant des premiers moyens définissant un premier axe optique et destinés à recevoir les impulsions de sortie du télémètre à tester, des seconds moyens définissant un second axe optique parallèle au premier axe optique et destinés à envoyer des impulsions en retour au télémètre, une ligne à retard à fibre optique comprenant une extrémité d'entrée de fibre et une extrémité de sortie de fibre, l'extrémité d'entrée étant couplée de manière à recevoir la lumière du premier axe optique et l'extrémité de sortie étant couplée de manière à envoyer la lumière au second axe optique, et des moyens de pontage optiques aménagés pour recueillir au moins une partie de chaque impulsion émise à l'extrémité de sortie de la ligne à retard et pour envoyer chaque partie d'impulsion recueillie à l'extrémité d'entrée de fibre de la ligne à retard, une série d'impulsions de retour successivement retardées étant ainsi envoyée à l'extrémité de sortie de la ligne à retard selon des portées S successivement augmentées de la distance de portée représentée par la ligne à retard à fibre optique pour chaque impulsion de sortie reçue du télémètre le long du premier axe optique. Selon un mode de réalisation, les moyens de pontage optiques comprennent une paire de séparateurs de faisceau ou réflecteurs partiels orthogonaux, un réflecteur partiel étant disposé au travers du second axe optique et l'autre étant disposé au travers du premier axe optique Avantageusement, le premier réflecteur partiel présente des caractéristiques qui sont approximativement de 50 % pour la transmission et de 50 % pour la réflexion, et l'autre réflecteur partiel présente des caractéristiques qui sont approximativement de 5 % pour la transmission et de 95 % pour la réflexion En variante, les deux réflecteurs partiels peuvent présenter des caractéristiques correspondant à 5 % pour la transmission et à 95 % pour la réflexion Selon ce mode de réalisation, chacun desdits premiers et seconds moyens comprend une lentille convergente et les extrémités d'entrée et de sortie de la ligne à retard à fibre optique sont situées respectivement au point focal de la lentille concernée. Selon un second mode de réalisation, les moyens de pontage optiques comprennent une liaison à fibre optique reliant une paire de coupleurs optiques bi-directionnels, un coupleur étant disposé entre l'extrémité de sortie de la ligne à retard et le second axe optique et l'autre coupleur étant disposé entre l'extrémité d'entrée de la ligne à retard et ledit premier axe optique Avantageusement, chaque coupleur comprend trois portes, le premier coupleur envoyant la lumière vers le second axe optique au moyen d'une liaison à fibre optique de sortie se terminant sur ledit second axe optique et l'autre coupleur reçoit la lumière du premier axe optique au moyen d'une liaison à fibre optique d'entrée se terminant sur le premier axe optique. Selon un troisième mode de réalisation, les moyens de pontage optiques comprennent une liaison à fibre optique reliant une paire -2546307 d'interrupteurs de fibre optique bipolaires, dont l'état est commandé par un dispositif de commande, un interrupteur étant disposé entre l'extrémité de sortie de la ligne à retard et le second axe optique, et l'autre interrupteur étant disposé entre l'extrémité d'entrée de la ligne à retard et le premier axe optique Avantageusement, chaque interrupteur est sensiblement comme décrit dans le brevet G B No 2 107 481, le premier interrupteur envoyant la lumière audit second axe optique au moyen d'une liaison à fibre optique se terminant sur le second axe optique et l'autre interrupteur recevant la lumière dudit premier axe optique-au moyen d'une liaison à fibre optique d'entrée se terminant sur ledit premier axe optique. Dans les second et troisième modes de réalisation, chacun des premiers et seconds moyens comprend une lentille convergente, les terminaisons respectives des liaisons à fibre optique d'entrée et de sortie étant situées au point focal de la lentille concernée. Des modes de réalisation de la présente invention seront maintenant décrits à titre d'exemple et en référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement une première forme d'un dispositif optique simulateur de portée selon la présente invention, la figure 2 représente schématiquement une seconde forme d'un dispositif simulateur selon la présente invention, et la figure 3 représente schématiquement une troisième forme du dispositif simulateur selon la présente invention. Le dispositif 10 représenté à la figure 1 comprend une bobine 11 sur laquelle est enroulée une longueur de fibre optique 12, les extrémités respectives de la fibre 12 étant fixées à des terminaisons 12 A, 12 B qui sont montées de façon fixe sur une structure de support (non représentée) La terminaison 12 A est alignée sur un axe optique d'entrée 13 le long duquel est transmise l'impulsion laser qui est envoyée par le télémètre à laser 14, l'impulsion traversant d'abord un atténuateur 15 et étant focalisée sur l'extrémité de la fibre dans la terminaison 12 A au moyen d'une lentille 16. L'atténuateur 15 a la forme d'une plaque disposée à 450 par rapport à l'axe 13, la plaque étant constituée en un verre filtrant et absorbant et supportant un revêtement 17 fortement réfléchissant sur sa surface qui est au côté de la lentille 16, l'atténuateur 15 étant monté de manière à déterminer une atténuation d'environ 25 db. L'extrémité de la fibre qui est dans la terminaison 12 B est en alignement avec l'axe 20 qui envoie une impulsion laser à la partie réceptrice du télémètre 14, cette impulsion étant émise par la terminaison 12 B et traversant une lentille collimatrice 21 et un réflecteur partiel 22 qui est monté de manière à assurer une transmission de 50 % et une réflexion de 50 % Le réflecteur partiel 22 est aligné en formant un angle de 450 par rapport à l'axe 20 et disposé à 900 par rapport à l'atténuateur 15 de manière que les radiations réfléchies par le réflecteur partiel 22 viennent tomber sur le revêtement 17 de l'atténuateur 15 et soient ainsi réfléchies le long de l'axe 13 en passant par la lentille 16 vers l'extrémité de la fibre qui est dans la terminaison 12 A En conséquence, chaque impulsion individuelle qui est émise par la partie émettrice du télémètre 14 donne lieu à une série d'impulsions de retour qui sont reçues par la partie réceptrice du télémètre 14 le long de l'axe 20, l'amplitude des impulsions de retour successives diminuant et ces impulsions de retour étant représentatives des réflexions de cibles situées à des distances diverses du télémètre 14 en raison du retard déterminé par le dispositif 10 comprenant la bobine de fil enroulé 11. Le réflecteur partiel 22, en même temps que le revêtement 17 supporté par l'atténuateur 15, font ensemble fonction de moyens de pontage optique et peuvent être mis en oeuvre sous forme de deux composants séparés comme illustré sur les dessins, ou au moyen d'un prisme unique Cependant, quand les moyens de pontage ont la forme illustrée, leur avantage est que l'on peut disposer un atténuateur 23 sur le parcours de la partie de l'impulsion de retour qui est réfléchie par le réflecteur partiel 22, le fait de prévoir cet atténuateur 23 permettant d'effectuer les tests de sensibilité et d'extinction que l'on doit réaliser sur le télémètre 14. On comprendra qu'alors que le revêtement 17 a besoin d'être disposé à 450 par rapport à l'axe optique 13 en vue de diriger les impulsions de retour réfléchiesvers l'extrémité de la fibre de la terminaison 12 A, l'atténuateur 15 ne joue aucun rôle dans cette fonction et pourrait donc être disposé perpendiculairement à l'axe 13, mais la disposition de l'atténuateur 15 dans la position illustrée constitue un procédé avantageux pour supporter le revêtement 17. La lentille 16 est de préférence une lentille dite "doublet" et à correction de couleur, formée par des éléments en verre crown et en verre flint, la lentille 21 étant identique. Pour aligner le télémètre à laser 14 par rapport au dispositif 10, on prévoit un graticule 24 sur une plaque de support 25 dans la terminaison 12 B, au point focal de la lentille 21, et pour obtenir des parcours optiques identiques aux deux extrémités d'entrée et de sortie de la fibre 12 on peut prévoir une plaque correspondante 26 à la terminaison 12 A. Le dispositif 10, outre qu'il fournit des impulsions de retour multiples à partir d'une unique impulsion de sortie laser, permet également une séparation physique des axes de transmission/réception 13, 20, ce qui procure un degré élevé d'isolation entre les parties émettrice et réceptrice du télémètre 14, et on observera en particulier que la radiation réfléchie par l'atténuateur 15 est réfléchie dans une dire tion qui l'éloigne de tous les composants alignés sur l'axe 20. Cette radiation réfléchie peut être absorbée par des absorbeurs si cela est nécessaire. Pour permettre de tester la fonction de repérage de télémètres à laser à rubis (fonctionnant à 0,694 pm) et de télémètres yag au néodyme (qui fonctionnement à 1,064 pm), il est préférable de prévoir l'atténuateur 15 sous la forme d'un verre filtrant imposant une atténuation d'environ 25 db pour chacune des longueurs d'onde et un revêtement 17 assurant une transmission de 5 % pour les deux longueurs d'onde Le réflecteur partiel 22 permet de préférence une transmission de 50 % et une réflexion de 50 % pour chacune des longueurs d'onde et se présente sous la forme d'un revêtement sur un substrat non atténuateur La fibre 12 est de préférence une fibre de silice telle que celle qui est vendue par Quartz & Silice Ltd sous le nom de code QSF 200 A qui fournit une atténuation d'environ 7 db par kilomètre pour chacune des longueurs d'onde Naturellement, si le dispositif 10 est consacré à un type unique de télémètre, on peut utiliser un type différent de fibre optique 12 de manière à obtenir une atténuation de l'ordre de 3 db/km pour l'unique longueur d'onde concernée. Selon un second mode de réalisation qui est illustré à la figure 2, le dispositif simulateur 30 fonctionne de façon similaire à celle du dispositif 10 de la figure 1 et les composants communs aux deux dispositifs sont désignés par les mêmes références numériques, ce qui permet de voir qu'alors que les moyens de pontage optiques du mode de réalisation de la figure 1 sont constitués par des réflecteurs partiels 22 et 17, ils sont constitués dans le mode de réalisation de la figure 2 par une liaison par fibre optique 32 reliant une paire de coupleurs optiques bi-directionnels 33, 34, le coupleur 33 étant disposé entre l'extrémité de sortie 12 C de la ligne à retard 12 et l'axe optique 20, et le coupleur 34 étant disposé entre l'axe optique 13 et l'extrémité d'entrée 12 D de la ligne à retard 12 Pour obtenir ce résultat, une liaison par fibre optique de sortie 35 est reliée au coupleur 33 à une extrémité et se termine dans la terminaison 12 B à son autre extrémité alors qu'une liaison par fibre optique d'entrée 36 est reliée à une extrémité à la terminaison 12 A et par son autre extrémité au coupleur 34. Les coupleurs optiques 33, 34 se présentent chacun sous la forme d'un dispositif à trois portes, les portes respectives étant indiquées en A, B, C, et comme cela est connu la lumière qui pénètre dans le dispositif par l'intermédiaire de la porte A sort à la fois par les deux portes B, C selon des quantités dont le rapport peut varier de 1:1 jusqu'à 16:1 environ Du fait que les coupleurs 33, 34 sont bi-directionnels, la fonction de transfert entre les portes A et B (et également entre A et C) est indépendante de la direction du passage de la lumière dans le dispositif, de sorte que si la porte B émet 10 % de la lumière qui pénètre par la porte A, cette dernière émet 10 % de la lumière qui pénètre par la porte B, etc. A des fins d'alignement, le graticule 24 est prévu dans le mode de réalisation de la figure 2 mais un agencement différent consiste à constituer le coupleur 33 avec quatre portes et à injecter suffisamment de lumière par la quatrième porte D pour éclairer l'extrémité de la fibre située dans la terminaison 12 B Cet agencement peut également être utilisé pour désensibiliser des circuits de commande de gain automatiques situés à l'intérieur du télémètre 14 en injectant de façon continue de la lumière par la porte D à un niveau suffisamment élevé. Bien que le filtre atténuateur 23 soit illustré à la figure 2, une disposition différente consiste à prévoir un interrupteur optique 36 soit dans la liaison 35 comme représenté soit dans la liaison 32, de manière que l'interrupteur 36 soit ouvert à un instant approprié dans le temps pour tester le circuit logique de première/dernière portée à l'intérieur du télémètre 14 A titre d'exemple, les portées non désirées peuvent être éliminées quand l'interrupteur 36 se trouve dans la liaison 35 en partant de la portée maximale et en allant en descendant. Dans le troisième mode de réalisation illustré à la figure 3, le dispositif simulateur 40 est similaire par son fonctionnement au dispositif 30 de la figure 2 et les composants communs aux deux dispositifs sont désignés par les mêmes références numériques On voit donc que les moyens de pontage optiques de la figure 3 sont constitués par une liaison par fibre 32 reliant une paire d'interrupteurs bipolaires 417 42 de fibres optiques disposés respectivement entre l'extrémité de sortie 12 C de la ligne à retard 12 et l'axe optique 20 et entre l'extrémité d'entrée 12 D de la ligne à retard 12 et l'axe optique 13 Des moyens de commande 43 sont prévus pour émettre un signal de commande sur la ligne 43 A en vue de déterminer la position de l'interrupteur 41 et pour émettre un signal de commande sur la ligne 43 A pour déterminer la position de l'interrupteur 42 Les moyens de commande 43 sont avantageusement disposés de manière à permettre à une impulsion de sortie provenant du télémètre 14 de pénétrer dans la ligne à retard 12 en commandant d'abord l'interrupteur 42 de manière à relier l'extrémité de la fibre 12 D à la liaison par fibre 36 et ensuite à commander les interrupteurs 41 et 42 de manière à relier la liaison par fibre 32 à l'extrémité 12 C de la fibre et à l'extrémité 12 D de la fibre de manière que la totalité des impulsions de sortie retardées provenant de la ligne à retard 12 soient respectivement remises en circulation par la ligne à retard 12 un nombre connu de fois jusqu'à ce que l'atténuation de la sortie de la ligne à retard parvienne à un niveau désiré, point auquel l'interrupteur 41 est commandé de façon à guider la sortie par la liaison 35 et de ce fait le long de l'axe optique 20 jusqu'au télémètre 14. Il est clair que dans le mode de réalisation de la figure 3 le coupleur optique 33 peut être utilisé à la place de l'interrupteur 41 de manière à permettre au moins à une partie de chaque impulsion de sortie retardée de retourner vers le télémètre 14 le long de l'axe 20. Il est clair également que l'atténuation obtenue par les interrupteurs 41, 42 est inférieureà celle obtenue par les coupleurs 33, 34, cette dernière étant par ailleurs inférieure à celle obtenue par les réflecteurs partiels 22, 17, ce qui fait que la sensibilité du dispositif 40 est supérieure à celle du dispositif 30 qui est de son côté supérieure à celle du dispositif 10. On comprendra que le système qui a été décrit dans chacun des modes de réalisation utilise les paramètres connus de la ligne à retard 12 pour calibrer le télémètre 14, mais que si les paramètres du télémètre 14 sont connus, le système peut être utilisé en mode inverse pour calibrer les paramètres inconnus de la ligne à retard 12 Par exemple, la perte qui survient dans une longue section de fi bre peut être calculée en utilisant les paramètres d'un télémètre à laser connu et en déterminant la portée maximale du télémètre au moyen des impulsions passant autour de la bobine contenant la fibre inconnue On peut également déterminer l'atténuation par la fibre (pour la longueur d'onde du laser) du fait que la sortie de puissance du laser et la sensibilité du récepteur constituent des paramètres connus du laser. Dans le présent mémoire l'expression "fibre optique" doit être comprise comme englobant aussi bien une fibre optique qu'un faisceau de telles fibres optiques. REVENDICATIONS 1 Dispositif optique simulateur de portée destiné à tester la fonction portée d'un télémètre à laser, comprenant des premiers moyens ( 16) définissant un premier axe optique ( 13) et destinés à recevoir les impulsions de sortie du télémètre ( 14) à tester, des seconds moyens ( 21) définissant un second axe optique ( 20) parallèle au premier axe optique ( 13) et destinés à envoyer des impulsions en retour au télémètre ( 14), une ligne à retard à fibre optique ( 11, 12) comprenant une extrémité d'entrée de fibre ( 12 A) et une extrémité de sortie de fibre ( 12 B), l'extrémité d'entrée ( 12 A) étant couplée de manière à recevoir la lumière du premier axe optique ( 13) et l'extrémité de sortie ( 12 B) étant couplée de manière à envoyer la lumière au second axe optique ( 20), caractérisé en ce que des moyens de pontage optiques ( 15, 17, 22) sont aménagés pour recueillir au moins une partie de chaque impulsion émise à l'extrémité de sortie ( 12 B) de la ligne à retard ( 11, 12) et pour envoyer chaque partie d'impulsion recueillie à l'extrémité d'entrée de fibre ( 12 A) de la ligne à retard ( 11, 12), une série d'impulsions de retour successivement retardées étant envoyée à l'extrémité de sortie ( 12 B) de la ligne à retard ( 11, 12) selon des portées successivement augmentées de la distance de portée représentée par la ligne-à retard à fibre optique ( 11, 12) pour chaque impulsion de sortie reçue du télémètre ( 14) le long du premier axe optique ( 13). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de pontage optiques ( 15, 17, 22) comprennent une paire de séparateurs de faisceau ou réflecteurs partiels orthogonaux ( 17, 22), un réflecteur partiel ( 22) étant disposé au travers du second axe optique ( 20) et l'autre ( 17) étant disposé au travers du premier axe optique ( 13). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier réflecteur partiel ( 22) présente des caractéristiques qui sont approximativement de 50 % pour la transmission et de 50 % pour la réflexion, et l'autre réflecteur partiel ( 17) présente des caractéristiques qui sont approximativement de 5 % pour la transmission et de 95 % pour la réflexion. 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux réflecteurs partiels présentent des caractéristiques correspondant à 5 % pour la transmission et à 95 % pour la réflexion approximativement. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chacun desdits premiers et seconds moyens ( 16, 21) comprend une lentille convergente et les extrémités d'entrée et de sortie ( 12 A, 12 B) de la ligne à retard à fibre optique ( 11, 12) sont situées respectivement au point focal de la lentille concernée. 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de pontage optiques ( 32, 33, 34) comprennent une liaison à fibre optique ( 32) reliant une paire de coupleurs optiques bidirectionnels ( 33, 34), un coupleur ( 33) étant disposé entre l'extrémité de sortie ( 12 C) de la ligne à retard et le second axe optique 20, et l'autre coupleur ( 34) étant disposé entre l'extrémité d'entrée ( 12 D) de la ligne à retard et ledit premier axe optique ( 13). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque coupleur ( 33, 34) comprend trois portes, le premier coupleur ( 33) envoyant la lumière vers le second axe optique ( 20) au moyen d'une liaison à fibre optique de sortie ( 35) se terminant sur ledit second axe optique ( 20) et l'autre coupleur ( 34) recevant la lumniire du premier axe optique ( 13) au moyen d'une liaison à fibre optique d'entrée ( 36) se terminant sur le premier axe optique ( 13). 8 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de pontage optiques ( 32, 41, 42, 43) comprennent une liaison à fibre optique ( 32) reliant une paire d'interrupteurs bipolaires de fibre optique ( 41, 42) dont l'état est commandé par un dispositif de commande ( 43), un interrupteur ( 41) étant disposé entre l'extrémité de sortie ( 12 C) de la ligne à retard et le second axe optique ( 20), et l'autre interrupteur ( 42) étant disposé entre l'extrémité d'entrée ( 12 D) de la ligne à retard et le premier axe optique ( 13). 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque interrupteur est sensiblement comme décrit dans le brevet G B. No 2 107 481, le premier interrupteur ( 41) envoyant la lumière audit second axe optique ( 20) au moyen d'une liaison à fibre optique ( 35) se terminant sur le second axe optique ( 20) et l'autre interrupteur ( 42) recevant la lumière dudit premier axe optique ( 13) au moyen d'une liaison à fibre optique d'entrée ( 36) se terminant sur ledit premier axe optique ( 13). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que chacun des premiers et seconds moyens ( 16, 21) comprend une lentille convergente, les terminaisons respectives des liaisons à fibre optique d'entrée ( 12 A) et de sortie ( 12 B) étant situées au point focal de la lentille concernée.