Brevet FR2546313A1 — publié le 19841123

Dispositif pour l'orientation d'un rayon laser L'invention concerne un dispositif pour l'orien- tation du rayon émis par une source laser au moyen d'une plate-forme montée mobile. Un tel dispositif est décrit dans le premier paragraphe, colonne 2, de la DE-B-27 57585 Pour l'orien- tation dans l'espace d'un rayon laser émis, on y utilise une source laser montée sur une plate-forme qui présente les degrés de liberté d'orientation convenables Souvent cependantune telle plate-forme sert aussi de support pour d'autres appareils tels que des dispositifs de pointage et de poursuite de l'objectif, qui doivent toujours présenter une orientation constante par rapport à celle du rayon laser qui est émis, par exemple une orientation rigoureusement parallèle, ce qui est assuré avec le montage de tout l'ensemble sur une plate-forme commune Il en résulte cependant la nécessité d'une réalisation massive de la plate- forme, avec tous les problèmes techniques de régulation qui en découlent pour la commande ou l'asservissement de masses considé- rables, sans compter les limitations possibles de la place dont on peut disposer pour l'installation d'une telle plate-forme en tant que support d'appareils Ces limitations deviennent particulièrement critiques lorsqu'il s'agit d'émettre un rayon laser de très forte énergie, do Dt l'élaboration nécessite une source laser de forte puissance qui, avec ses dispositifs aux-iliai- res, devient alors très encombrante, Lorsqu'en raison de telles conditions de poids et d'encombrement la source laser ne peut plus être installée sur la plate-forme elle-même, en plus des autres appareils qu'il faut aussi orienter dans l'espace, on pourrait songer à utiliser un dispositif à miroir orientable selon la DE-B-27 57 585 déjà cité, recevant le rayon émis par une source laser de forte énergie installée à poste fixe En raison des conditions géométriques, avec un tel miroir oscillant on obtiendrait dans l'espace des angles d'orientation différents de ceux qui seraient obtenus avec une commande simultanée de la plate-forme pour l'orientation dans l'espace des appa- reils montés sur celle-ci; ce n'est qu'avec la mise en oeuvre de moyens informatiques extrêmement élaborés, que compte tenu des conditions géométriques on pourrait obtenir le parallélisme désiré pour une combinaison d'angles quelconques d'orientation dans l'espace. Compte tenu de ces conditions, que le problème de base pour l'invention est de réaliser un dispositif du genre décrit ci-dessus avec une plateforme qui n'ait pas à supporter elle-même également une source laser encombrante et qui néanmoins, sans mise en oeuvre dei moyens informatiques supplémentaires, assure en perma- nence un couplage constant entre l'orientation du rayon laser qui est émis et celle des appareils qui sont mon- tés sur-la plate-forme. Ce problème est résolu selon la présente inven- tion, essentiellement par le fait que pour réaliser le dispositif défini dans le préambule on utilise une source laser montée à poste fixe à côté; à une certaine distance de la fixation de la plate-formne 2 et que le rayon laser est orienté le long de l'axe fixe de pivotement de la plate-forme, en direction de celle-ci. Du fait donc, que la source laser disposée à poste fixe à proximité de la plate-forme mobile, oriente le rayon laser le long de li'axe fixe de pivotement fixe de la plate-forme, la direction de sortie du rayon laser, lorsque celui-ci quitte la plate-forme, reste en perma- nence rigoureusement couplée avec l'orientation de celle-ci, bien que la plate-forme elle-même ne supporte plus la source laser Ceci permet une construction peu encombrante et plus légère de la plate-forme, une simplification par conséquent des problèmes de régula- tion associés, et le dégagement de la surface disponi- ble pour l'installation des autres appareils. En se basant sur l'orientation des appareils montés sur la plate-forme, on peut installer rigidement sur celle-ci, dans le prolongement de l'axe de pivote- ment fixe par rapport à la plate-forme, un miroir réflec- teur qui détermine la direction de propagation du rayon laser par rapport à l'orientation des appareils; de sorte que cette orientation relative reste rigoureuse- ment maintenue même au cours des mouvements de pivote- ment de la plate-forme. En cas de possibilités de pivotement autour de plusieurs axes, la plateforme est supportée par une structure pivotante La source laser installée à poste fixe, associée à ladite structure, projette le rayon le long de l'axe fixe de pivotement de celle-ci, et aux points d'intersection des axes on réalise alors une déflexion du rayon le long des autres axes, jusqu'au point de sortie du rayon, le long de l'axe d'orienta- tion fixe par rapport à la plate-forme. Selon une extension de l'invention, il peut être avantageux de réaliser cette structure pivotante de manière que le cheminement du rayon laser, le long des axes de pivotement, puisse se faire à travers des volumes creux Ceci permet une propagation du rayon laser le long des axes de pivotement avec des pertes très faibles, avec des caractéristiques constructives favorables pour les réglages fins et pour le remplace- ment éventuel des miroirs réflecteurs, ainsi que pour l'accessibilité des miroirs déflecteurs avec des fluides réfrigérants afin d'évacuer la chaleur des pertes de réflexion lorsqu'on travaille avec des lasers à haute énergie. D'autres extensions ainsi que d'autres parti- cularités et avantages de l'invention ressortent de la description ci-dessous d'un exemple de réalisation de la solution selon l'invention, que l'on a représenté dans le dessin sous une forme simplifiée et en se limi- tant à l'essentiel La figure unique du dessin montre, sous la forme d'un schéma de transmission mécanique, une plate-forme mobile autour de deux axes, avec injec- tion et réémission d'un rayon laser. Le dispositif esquissé dans le dessin, pour l'orientation d'un rayon laser à haute énergie 1 comporte une plate-forme 2 qui peut pivoter autour d'un axe azimutal 3 et basculer autour d'un axe d'incli- naison 4, de sorte que le plan principal de la plate- forme 2 peut prendre une orientation quelconque dans le demi-espace, dans les limites déterminées par la cons- truction pour l'amplitude possible des deux mouvements. En prévoyant par construction un degré de liberté de pivotement supplémentaire, à savoir le basculement des deux axes 3 et 4 dans le plan de la figure, on pourrait faire prendre à la normale à la plate-forme 2 n'importe quelle orientation dans l'espace, on n'a cependant pas tenu compte de cette possibilité dans le dessin, afin de ne pas nuire à la clarté de la représentation Pour la réalisation des commandes du pivotement autour des axes 3, 4, on peut recourir à la technique éprouvée des commandes de plates-formes à stabilisation gyroscopique, par exemple dans le cas des suspensions à la Cardan. La-plate-forme 2 supporte les appareils 5, comprenant par exemple des appareils de pointage et de poursuite dont l'orientation dans l'espace est déter- minée par la position de la plate-forme 2 à l'instant considéré, qui peut donc être réglée en agissant sur les mouvements de basculement ou de pivotement de la plate-forme 2 Le rayon laser 1 doit être émis paral- lèlement à cette direction d'orientation des appareils. Pour cela, selon le dispositif matérialisant la présente invention, afin de réduire au minimum les masses qui doivent être mises en mouvement lorsqu'on agit sur l'orientation de la plate-forme 2, en raison de son encombrement et de son poids une source laser 6 à haute énergie n'est pas fixée sur la plate-forme 2 en plus de l'ensemble 5 des autres appareils, mais occupe une position fixe par rapport à l'axe de bascule- ment qui est fixe dans l'espace; dans le système à deux axes qui est représenté, elle est donc installée fixe par rapport à l'axe d'inclinaison 4. Ainsi, le rayon laser 1 peut être injecté dans la structure orientable 7 avec des éléments qui occupent des positions fixes et à l'intérieur de ladite structure, grâce à des miroirs déflecteurs 8, il peut poursuivre en cheminant successivement selon les autres axes de pivote- ment, dans l'exemple de réalisation simplifié qui a été représenté, il se propage le long de l'axe azimutal 3 qui est mobile. Normalement les appareils 5 sont orientés paral- lèlement à la plate-forme 2, de sorte que le rayon laser 1, qui chemine le long du dernier axe, fixe par rapport à la plate-forme, et sort avec celui-ci de la structure orien- table 7, ne doit pas être rayonné selon cette direction axiale lorsqu'il quitte la plate-forme C'est pourquoi sur la plate-forme 2, au-dessus du point de sortie de l'axe 3, fixe par rapport à la plate-forme, on a disposé un miroir émetteur 9 qui détermine la direction du rayonnement dans l'espace, par exemple parallèlement à la plate-forme 2, ainsi qu'on l'a représenté Après le miroir 9, dans le sens du cheminement du rayon, ladite plate-forme peut supporter encore des éléments optiques, tels par exemple que des dispositifs de modulation ou de fractionnement du rayon Comme la plate-forme 2 supporte le miroir émetteur 9 et lesdits éléments 10, l'ajustage de la position des éléments 10 par rapport au rayon laser 1 une fois réalisé, reste assuré en permanence, indépendamment de l'orientation de la plate-forme à un instant considéré quelconque; il en est de même de l'orientation du rayon laser 1 par rapport à l'orientation des appareils 5, qui grâce au miroir émetteur 9 fixe sur la plate-forme 2 reste assurée, malgré le fait que la source laser 6 elle-même n'est pas supportée par la plate-forme 2. Pour l'injection du rayon laser 1 et pour sa déflexion le long des axesde pivotement 3, 4 et jusqu'à sa sortie de la plate-forme 2, la structure orientable 7 peut être constituée par des tiges conduc- trices du rayonnement, en germanium polycristallin par exemple, qui à l'endroit des miroirs déflecteurs 8 situés aux points d'intersection des axes, sont assem- blés avec insertion d'une couche réfléchissante 11, ainsi qu'on l'a esquissé dans le dessin pour l'exemple de réalisation d'un système orientable à deux axes par la surface de jonction 12 inclinée de 450 par rapport aux deux axes 3 et 4. Une stabilité mécanique plus grande et de meilleures possibilités d'ajustage pour le miroir déflecteur 8 peuvent être obtenues si la structure orien- table 7 est réalisée avec des éléments de construction creux, par exemple avec des tubes 13 débouchant les uns dans les autres aux points de jonction et à l'intérieur desquels le rayon laser peut être acheminé le long de leurs axes 3, 4, dans l'air ou même dans le vide, avec des pertes moindres par conséquent qu'à travers une structure en matériaux optiques Les extrémités libres des tubes sont fixées, avec possibilité d'orientation autour de leurs axes respectifs 3, 4, dans les paliers de rotation en azimut et en inclinaison 15, 16, corres- pondants On peut prévoir là pour le tube d'orientation en inclinaison 14 des appuis de butée dans le sens axial, tandis que le palier d'orientation en azimut 15 sert aussi pour l'appui dans le sens axial du disposi- tif de soutien dela plate-forme 17 sur la structure orientable 7. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour l'orientation du rayon ( 1) émanant d'une source laser ( 6) au moyen d'une plate- forme ( 2) montée mobile, caractérisé par le fait que la source laser ( 6) est fixe par rapport à la struc- ture support de la plate-forme ( 2), qu'elle est dispo- sée à une certaine distance à côté de celle-ci et que l'on oriente vers la plate-forme ( 2) le rayon laser ( 1) qui chemine le long de l'axe fixe ( 4) de pivotement de celle-ci. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que dans l'axe de rotation ( 3) de la plate-forme ( 2) qui est fixe par rapport à celle-ci, est disposé un miroir émetteur ( 9). 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le rayon laser ( 1) est injecté dans une structure support orientable ( 7) de la plate-forme le long de l'axe de pivotement fixe ( 4) de ladite structure, et qu'au point d'intersection des axes de pivotement ( 3, 4) sont dispo- sés des miroirs déflecteurs ( 8) qui dirigent le rayon laser ( 1) le long de ces autres axes ( 3). 4 Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé par le fait que les axes ( 3, 4) le long desquels s'effectue le cheminement du rayon laser ( 1) à l'inté- rieur de la structure orientable ( 7), suivent leur tracé à l'intérieur de tiges en matériau conducteur du rayon- nement. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé par le fait que les miroirs déflecteurs ( 8) sont constitués par des couches réfléchissantes ( 11) dispo- sées dans les surfaces de jonction ( 12) entre les tiges adjacentes. 6 Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé par le fait que les axes ( 3, 4) le long desquels s'effectue le cheminement du rayon laser ( 1), suivent leur tracé à travers des espaces creux, à l'intérieur d'une structure support o, à l'intersection desdits axes ( 3, 4) sont fixés des miroirs déflecteurs ( 8). 7 Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé par le fait que la structure orientable ( 7) est constituée par les tubes ( 13, 14) qui enrourent les axes de pivotement ( 3, 4). J