Brevet FR2659443A1 — publié le 19910913

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Le document DE 34 22 232 C 2 décrit un dispositif de détection de cible et de poursuite de cible au moyen d'une plate-forme à miroir, orientable dans l'espace, et d'un objectif de télescope dans le parcours menant à un faisceau laser de départ ainsi qu'avec un détecteur pour une énergie de rayonnement reçue après réflexion sur la cible, lequel détecteur alimente un circuit de poursuite pour la plate-forme. Dans le parcours menant au faisceau de départ, il est prévu, en amont de la plate-forme à miroir, un miroir de compensation adaptable avec surfaces de miroir déformables électromécaniquement, comme mentionné plus haut en référence au document US-A 41 41 652 Le détecteur commande en outre un capteur de valeur de réglage pour les organes de réglage des surfaces de miroir et un circuit de poursuite pour la mise au point du foyer de l'objectif de télescope, en fonction de la position dans l'espace de la cible enregistrée par le faisceau de départ, de manière que la déformation de la surface de miroir, fonction de la position de la cible, soit réduite par la poursuite d'objectif de la plate- forme à miroir et du foyer du télescope Comme organes de réglage il est prévu de préférence des organes de réglage piézoélectriques. L'invention se propose de réaliser un dispositif du type précité permettant, avec une construction simple, de procéder à une mesure précise du front d'onde ou de phase d'une onde électromagnétique, sans qu'il soit nécessaire pour cela d'avoir un rayon de référence avec un front d'onde exactement défini. Ce but est atteint suivant l'invention en ce que le dispositif de détection est placé sur un dispositif de montage thermiquement stabilisé sur lequel est prévu un dispositif optique de modulation pour l'onde électromagnétique, le dispositif de détection et le dispositif optique de modulation étant fixés sur le dispositif de montage de manière à donner la stabilité d'un résonateur à laser Pour la stabilisation thermique du dispositif de montage, il peut s'agir d'une stabilisation thermique passive Ceci s'obtient par une configuration appropriée du dispositif de montage ou par le choix de matériaux appropriés pour le dispositif de montage. Il est bien entendu qu'au lieu d'une stabilisation thermique passive on peut réaliser aussi une stabilisation thermique active. Le dispositif optique de modulation comporte de préférence des éléments de miroir parabolique, de préférence espacés les uns des autres et décalés latéralement les uns par rapport aux autres, qui sont tournés l'un vers l'autre et orientés l'un par rapport à l'autre de manière que leur leurs foyers coïncident, le premier élément de miroir parabolique étant aligné avec une ouverture d'entrée du dispositif de montage et le deuxième élément de miroir parabolique étant aligné avec le dispositif de détection Dans ce cas, les éléments de miroir parabolique peuvent être placés sur des parties des organes de fixation, formant le dispositif de montage. Au moyen d'un modulateur, prévu dans le dispositif optique de modulation, il se produit une modulation de l'onde électromagnétique dont le profil d'intensité doit être mesuré avec le dispositif suivant l'invention Pour pouvoir utiliser un modulateur relativement petit qui n'occupe qu'une place réduite dans le dispositif optique de modulation, il est avantageux que le modulateur soit placé au foyer commun des deux éléments de miroir parabolique En fonction de la fréquence de modulation, le modulateur peut comporter un hacheur mécanique ou un hacheur optoélectronique Il serait possible aussi que le modulateur comporte un hacheur opto-acoustique Le hacheur mécanique peut être réalisé par exemple par un stroboscope, c'està-dire un disque perforé tournant, un miroir ou un diaphragme Le hacheur optoélectronique peut être conçu par exemple comme une cellule Kerr ou une cellule a cristaux liquides. Le dispositif de détection qui est prévu pour décomposer l'onde électromagnétique dont le front d'onde ou de phase doit être mesuré, en un nombre de faisceaux partiels correspondant au nombre de lentilles convergentes de l'ensemble de lentilles convergentes et pour focaliser chacun des faisceaux partiels dans les détecteurs de l'ensemble de détecteurs du dispositif de détection, comporte de préférence deux parties assemblées entre elles, la première partie présentant des trous débouchants dans lesquels sont fixées les lentilles convergentes du dispositif de détection et la deuxième partie présentant des trous qui sont alignés avec les trous débouchants de la première partie et dans lesquels sont prévus les détecteurs Les deux parties du dispositif de détection sont réalisées dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique négligeable dans une vaste gamme de températures Ceci a pour effet de favoriser au moins la stabilisation thermique passive du dispositif, mentionne plus haut De préférence, les deux parties du dispositif de détection sont réalisées dans un matériau vitrocéramique, car on sait que ce matériau possède un coefficient de dilatation thermique négligeable dan S une large gamme de températures. 2659443 Chaque détecteur du dispositif de détection peut être ajusté par rapport à la lentille convergente correspondante, dans le trou correspondant de la deuxième partie du dispositif de détection, au moyen d'un dispositif d'ajustage Les dispositifs d'ajustage peuvent être des éléments piézoélectriques Grâce à cette configuration du dispositif, il est tout à fait possible de régler avec précision, comme souhaité, la distance séparant les différents détecteurs et les lentilles convergentes correspondantes, afin de pouvoir effectuer une mesure précise du front d'onde ou de phase d'une onde électromagnétique L'onde électromagnétique dont il faut mesurer le front d'onde ou de phase, peut être une onde électromagnétique se situant dans le spectre visible et/ou infrarouge. Chacun des détecteurs du dispositif de détection est de préférence un détecteur à quadrants connu en soi, comme déjà indiqué plus haut à propos du document US-A 41 41 652. Il s'est avéré avantageux que chacun des détecteurs du dispositif de détection soit un détecteur à quadrants adapté à deux gammes différentes de longueurs d'onde Grâce à cette configuration il est possible non seulement de mesurer le front d'onde ou de phase du faisceau laser réfléchi par la cible, mais en même temps aussi le rayonnement thermique émis par la cible chauffée par le rayon laser D'une manière avantageuse, le contact de cible n'est pas perdu, car le rayonnement thermique subsiste, même lorsque, du fait du déplacement de la cible, le point de réflexion et d'impact du rayon laser ne peut subitement plus être capté Dans le cas d'une utilisation de ces détecteurs dits "à deux couleurs" pour les détecteurs à quadrants, il est possible d'analyser avec un seul ensemble de détecteurs les deux longueurs d'onde, c'est-à-dire la longueur d'onde du faisceau laser et en même temps la longueur d'onde du rayonnement thermique Dans ces détecteurs 'à deux couleurs', chacun des détecteurs présente de préférence des éléments de détection superposés de sensibilité spectrale différente Ces détecteurs sont décrits par exemple dans la brochure de la Société Laser Components Gmb H, DE, "Laser Components', 89/90, page 470 ou dans la brochure de la Société EG&G Judson, USA, 1988, pages 26, 27 Avec un dispositif ainsi conçu il est possible par exemple de procéder simultanément à des mesures dans deux gammes spectrales définies dont une peut se situer par exemple entre 3 et 5 gm environ et la deuxième gamme spectrale entre 8 et 12 gm environ Il est évidemment possible de traiter ou de mesurer aussi d'autres gammes spectrales, par exemple de 0,6 à 0,9 gm et de 1,1 à 1,8 Nm Si dans une configuration de ce type, le contact de faisceau laser est perdu, la poursuite de cible est toujours avantageusement garantie par le rayonnement thermique, comme indiqué plus haut Les commentaires faits à propos du rayonnement thermique s'appliquent par analogie aussi à un rayonnement dans le domaine du spectre visible, c'est-à-dire au rayonnement optique. Au besoin, le dispositif suivant l'invention permet aussi d'envoyer un rayon de référence, comme dans l'état de la technique connu par le document US-A 41 41 652. D'autres détails, caractéristiques et avantages ressortent de la description faite ci-après d'un exemple de réalisation du dispositif suivant l'invention pour la mesure du profil d'intensité d'une onde électromagnétique, représenté de manière schématique aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel du dispositif monté dans un circuit de régulation comportant un émetteur et une cible réfléchissante, la figure 2 est une vue latérale en partie en coupe du dispositif de mesure du profil d'intensité d'une onde électromagnétique, la figure 3 est une vue en partie en coupe du dispositif de détection du dispositif de la figure 2 et la figure 4 est un détail à plus grande échelle du dispositif de détection dans une vue en coupe longitudinale. La figure 1 représente un émetteur 10 qui est représenté de manière schématique sous la forme d'un bloc et qui convient à l'émission d'une onde électromagnétique L'onde électromagnétique émise par l'émetteur 10 est désignée par la flèche 12 L'onde électromagnétique 12 s'étend à travers un dispositif optique 14 adaptable, également représenté de manière schématique seulement sous la forme d'un bloc, qui peut être conçu de la même manière que la surface de miroir déformable décrite dans le document DE 34 22 232 C 2 déjâ mentionné L'émetteur 10 est orienté vers une cible 16 qui sur la figure n'est également représentée de manière schématique que par un bloc L'onde électromagnétique 12, émise par l'émetteur 10, est réfléchie sur la cible 16 L'onde électromagnétique réfléchie est désignée par la flèche 18 L'onde émise a le même parcours lumineux que l'onde réfléchie Dans le parcours de l'onde électromagnétique 18, présentant un front d'onde ou de phase déterminé, est placé le dispositif 20 qui est prévu pour mesurer le front d'onde ou de phase des ondes électromagnétiques 18 Le dispositif 20 est décrit plus loin en référence à la figure 2 Le dispositif 20 qui, sur la figure 1, n'est aussi représenté de manière schématique que par un bloc, comporte un dispositif de détection 22 avec une sortie 24 qui est en liaison active avec le dispositif optique 14 d'adaptation Cette liaison active est indiquée par la flèche 26. La figure 2 est une vue latérale du dispositif 20 destiné à mesurer le front d'onde ou de phase d'une onde électromagnétique Le dispositif 20 comporte un dispositif optique de modulation 28 pour l'onde électromagnétique 18 dont le front d'onde ou de phase doit être mesuré En outre, le dispositif 20 est pourvu du dispositif de détection 22 qui est décrit plus loin de manière détaillée, en référence aux figures 3 et 4. La référence 24 désigne aussi sur la figure 2 la sortie du dispositif de détection 22 Le dispositif optique de modulation 28 et le dispositif de détection 22 sont placés sur un dispositif de montage 30 qui est stabilisé thermiquement de manière passive Il serait bien entendu possible aussi de stabiliser thermiquement de manière active le dispositif de montage 30, c'est-â- dire de le refroidir, de manière forcée, avec au moins un dispositif de refroidissement Le dispositif de montage 30 comporte des éléments en plaques 32, 34, 36, 38 et 40, l'élément en plaque 32 étant formé par une ouverture d'entrée 42 pour l'onde électromagnétique 18. L'élément en plaque 36 comporte un élément de miroir parabolique 44 et l'élément en plaque 38 comporte un élément de miroir parabolique 46 Les éléments de miroir parabolique 44 et 46 sont décalés latéralement l'un par rapport à l'autre et sont espacés de manière que leurs foyers 48 coïncident exactement L'éêlment de miroir parabolique 44 est aligné avec l'ouverture d'entrée 42 dans l'élément en plaque 32 et le dispositif de détection 22 est aligné avec l'élément de miroir parabolique 46, prévu sur l'élément en plaque 38 Au foyer commun 48, il est prévu un modulateur 50 qui est fixé sur le dispositif de montage 30 Le modulateur 50 peut comporter un hacheur mécanique ou un hacheur optoélectronique qui peut être par exemple une cellule Kerr ou similaire, se présentant par exemple sous la forme d'un stroboscope, d'un miroir, d'un diaphragme ou similaire. Les éléments en plaques 32, 34, 36, 38 et 40 du dispositif de montage 30 sont assemblés entre eux par des barres d'assemblage 52 On obtient ainsi un dispositif de montage 30 qui, d'une manière avantageuse, peut être très bien refroidi. La figure 3 représente en partie en coupe le dispositif de détection 22 qui comporte un boîtier 54 en forme de tube et deux parties 56 et 58 disposées sur le bottier 54 La partie 56 présente des trous débouchants 60 qui sont alignés axialement avec des trous 62 de la deuxième partie 58 du dispositif de détection 22 Dans les trous débouchants 60 de la première partie 56 sont fixées des lentilles convergentes 64 Dans les trous 62 de la deuxième partie 58 sont placés des détecteurs dont les sorties sont réunies vers la sortie 24, comme indiqué de manière schématique sur la figure 1. La figure 4 montre deux vues en coupe longitudinale à plus grande échelle d'une portion de la première partie 56 avec l'un des trous débouchants 60 et avec l'une des lentilles convergentes 64, ainsi qu'une portion de la deuxième partie 58 avec l'un des trous 62 et l'un des détecteurs 66 avec sa sortie 24 '. Un dispositif d'ajustage 68, placé dans le trou 62 correspondant de la deuxième partie 58, est prévu pour régler axialement, comme souhaité, le détecteur 66 correspondant, par rapport à la lentille convergente 64 associée, ce qui est indiqué par la double flèche 70. Chacun des détecteurs 66 du dispositif de détection 22 comporte son propre dispositif d'ajustage 68, ce qui permet, comme voulu, de régler axialement, de manière ajustée, chaque détecteur 66 par rapport à la lentille convergente 64 correspondante Les dispositifs d'ajustage 68 sont de préférence des éléments piézoélectriques qui sont pourvus de connexions désignées par les flèches 72 Si un dispositif d'ajustage 68 de ce type comportant des éléments piézoélectriques, reçoit une tension électrique par les connexions 72, il se produit une variation des dimensions des éléments piézoélectriques du dispositif d'ajustage 68 correspondant, fixé entre le détecteur 66 correspondant et la deuxième partie 58 et par conséquent un déplacement correspondant du détecteur 66, par rapport à la lentille convergente 64 associée. La figure 4 montre aussi clairement que chaque lentille convergente 64 et le détecteur 66 correspondant sont alignés entre eux axialement De même, les différents trous débouchants 60 de la première partie 56 sont alignés avec les trous correspondants 62 de la deuxième partie 58 du dispositif de détection 22. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure du front d'onde ou de phase d'une onde électromagnétique ( 18) avec un dispositif de détection ( 22) qui comporte un ensemble de lentilles convergentes et un ensemble de détecteurs, à chaque lentille convergente ( 64) de l'ensemble de lentilles convergentes étant associé un détecteur ( 66) de l'ensemble de détecteurs et l'ensemble de détecteurs se trouvant à une distance de l'ensemble de lentilles convergentes qui correspond au foyer de chaque lentille convergente ( 64) de l'ensemble de lentilles convergentes, caractérisé en ce que le dispositif de détection ( 22) est placé sur un dispositif de montage ( 30) thermiquement stabilisé sur lequel est prévu un dispositif optique de modulation ( 28) pour l'onde électromagnétique ( 18), le dispositif de détection ( 22) et le dispositif optique de modulation ( 28) étant fixés sur le dispositif de montage ( 30) de manière à donner la stabilité d'un résonateur à laser. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif optique de modulation ( 28) comporte des éléments de miroir parabolique ( 44, 46) espacés les uns des autres et décalés latéralement les uns par rapport aux autres, qui sont tournés l'un vers l'autre et orientés les uns par rapport aux autres de manière que leurs foyers ( 48) coïncident, le premier élément de miroir parabolique ( 44) étant aligné avec une ouverture d'entrée ( 42) du dispositif de montage ( 30) et le deuxième élément de miroir parabolique ( 46) étant aligné avec le dispositif de détection ( 22). 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif optique de modulation ( 28) comporte un modulateur ( 50). il 4 Dispositif selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le modulateur ( 50) est placé au foyer ( 48) commun des deux éléments de miroir parabolique ( 44, 46). 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le modulateur ( 50) comporte un hacheur mécanique. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le modulateur ( 50) comporte un hacheur opto-électronique. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de détection ( 22) comporte deux parties ( 56, 58) assemblées entre elles, la première partie ( 58) présentant des trous débouchants ( 60) dans lesquels sont fixées les lentilles convergentes ( 64) du dispositif de détection ( 22) et la deuxième partie ( 58) présentant des trous ( 62) qui sont alignés avec les trous débouchants ( 60) de la premièere partie ( 56) et dans lesquels sont prévus les détecteurs ( 66). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux parties ( 56, 58) du dispositif de détection ( 22) sont réalisées dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique négligeable dans une vaste gamme de températures. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux parties ( 56, 58) du dispositif de détection ( 22) sont réalisées dans un matériau vitrocéramique. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que chaque détecteur ( 66) est réglable dans le trou ( 62) correspondant de la deuxième partie ( 58) du dispositif de détection ( 22), au moyen d'un dispositif d'ajustage ( 68), par rapport à la lentille convergente ( 64) correspondante. 11 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les dispositifs d'ajustage ( 68) sont des éléments piézoélectriques. 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des détecteurs ( 66) du dispositif de détection ( 22) est un détecteur à quadrants. 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que chacun des détecteurs ( 66) du dispositif de détection ( 22) est un détecteur à quadrants adapté â deux gammes différentes de longueurs d'onde. 14 Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que chacun des détecteurs ( 66) comporte des éléments de détection superposés de sensibilité spectrale différente.