Brevet FR2660752A1 — publié le 19911011

Détecteur d'angle d'arrivée d'impulsions laser, notamment pour chars. L'invention concerne la détection d'arrivée d'impulsions laser. La Demande de Brevet No 86 18442 de la Demanderesse décrit le principe d'un détecteur d'impulsions de rayonnement élec- tromagnétique, en particulier d'impulsions laser, comprenant des moyens capteurs, sensibles à l'orientation du faisceau incident, en gisement et/ou en site, et reliés à des moyens photodétecteurs Les moyens capteurs comprennent au moins un corps de révolution, tel qu'un cylindre, en matériau transparent, et diffusant en volume, pour le rayonnement électromagnétique Ce corps possède sur sa surface de révo- lution une fenêtre de capture, et est agencé pour posséder une sensibilité angulaire en gisement et/ou en site. Sa Demande de Certificat d'Addition N O 87 03111 décrit une manière avantageuse d'obtenir cette sensibilité angulaire, par une métallisation interne du corps de révolution. De tels détecteurs peuvent être utiles sur des véhicules, tels que des chars, o les disponibilités de place, de poids et de financement sont limitées, tandis que la précision requise pour la détection angulaire n'est pas très grande. La présente invention vient perfectionner les dispositifs précités, notamment pour les adapter à ces nouvelles contrain- tes, afin de fournir des détecteurs de précision bien meil- leure que celle actuellement disponible sur véhicules. L'un des buts de l'invention est de fournir un détecteur permettant un affichage angulaire rapide en gisement selon des secteurs d'environ 150, sur une zone observée de 600 en gisement et 300 en site. Un autre but de l'invention est de fournir un détecteur compact, implantable à l'extérieur d'un véhicule, sans né- cessiter de liaisons par fibres optiques. L'invention a aussi pour but de permettre une détection et un affichage sélectifs, pour différents types d'impul- sions laser incidentes. Elle a encore pour but de permettre l'usage de circuits électroniques de traitement simplifiés. Le dispositif décrit est du type comportant des moyens cap- teurs qui comprennent au moins un corps de révolution, tel qu'un cylindre, en matériau transparent, et diffusant en volume (c'est-à-dire translucide) pour le rayonnement élec- tromagnétique, possédant sur sa surface de révolution une fenêtre de capture, et muni d'une métallisation interne délimitant celui-ci en deux parties sujettes à photodétec- tion sélective, pour l'obtention d'une sensibilité en gise- ment et/ou en site. Selon une première caractéristique de la présente invention, ledit corps est prolongé en bout par une partie transparen- te non diffusante, également traversée par la métallisation interne, métallisée extérieurement, et servant à la liaison avec les photodétecteurs - Un tel prolongement présente l'avantage de fournir un moyen simple pour réaliser un coude optique, ce qui permet aisément l'installation du dispositif à l'extérieur d'un véhicule, en position d'observation. Selon un autre aspect de l'invention, au moins un transduc- teur photoélectrique est monté sur l'extrémité libre dudit prolongement, de chaque côté de la métallisation. Très avantageusement, on prévoit deux photodétecteurs ou deux groupes de photodétecteurs de chaque côté Ceci permet d'une part une photodétection rapide, pour des impulsions courtes et puissantes, d'autre part une photodétection plus sensible des signaux à modulation plus lente, pour laquelle on peut utiliser une bande de fréquence d'amplification électrique plus étroite. Dans un mode de réalisation intéressant, le ou les photodé- tecteurs rapides sont implantés sur une petite surface pro- che de l'axe dudit prolongement; pour leur part, le ou les photodétecteurs sensibles couvrent la majeure partie du reste de la surface disponible à l'extrémité libre du prolon- gement, de chaque côté du plan métallisé. Selon un autre aspect très intéressant de l'invention, on modifie le plan de métallisation interne: au niveau de la fenêtre de capture, la métallisation s'arrête, d'un côté, à distance de la surface du corps de révolution De préfé- rence, cet arrêt est parallèle à la génératrice de la surface du corps de révolution (la génératrice faisant partie du plan de la métallisation) Ceci fournit un mode commun par- tiel réduisant le rapport des puissances optiques perçues dans les deux parties du corps, et permettant ensuite de linéariser la réponse du dispositif détecteur. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comporte, pour chaque type de photodétecteur, de premiers moyens de traitement comprenant: deux amplificateurs logarithmiques recevant respectivement les signaux issus des deux parties du corps; un amplificateur-sommateur des sorties des deux amplifi- cateurs logarithmiques; deux organes à retard respectivement reliés aux sorties des deux amplificateurs logarithmiques, et deux codeurs analogiques-numériques respectivement reliés aux sorties des deux organes à retard et déclenchés en fonc- tion de la sortie de l'amplificateur-sommateur. Ensuite, le dispositif de l'invention comporte avantageuse- ment de seconds moyens de traitement recevant les sorties des codeurs et de l'amplificateur-sommateur pour déterminer le rapport des puissances optiques perçues dans les deux parties du corps. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comprend des moyens de visualisation définis par une rangée de photo- diodes en arc de cercle représentant des secteurs angulaires autour d'une valeur de référence, par exemple l'axe de dépla- cement d'un véhicule, avec un affichage numérique d'une mesure angulaire plus fine, et l'indication du type de signal incident perçu par les photodétecteurs Cette visualisation peut se compléter par une alarme sonore. Le dispositif de l'invention peut enfin être enfermé dans un boîtier blindé, sauf du côté sensible du corps, o le boîtier est fermé par un hublot incliné. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- raitront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: les figures l A à 1 C illustrent un premier mode de réalisa- tion d'un capteur pour le dispositif selon l'invention; la figure 2 est une courbe permettant de mieux comprendre l'invention; les figures 3 A et 3 B illustrent un second mode de réalisa- tion d'un capteur selon l'invention; la figure 3 C illustre une variante intéressante de l'inven- tion; les figures 4 A, 4 B, 4 C illustrent l'implantation directe de photodétecteurs au bas du capteur selon l'invention; la figure 5 illustre sous forme de schéma de principe la partie électronique du détecteur selon l'invention; la figure 6 est un exemple de visualisation utilisable dans un détecteur selon l'invention; et la figure 7 est un mode de réalisation particulier d'un détecteur selon l'invention enfermé dans un boîtier blindé situé à l'extérieur d'un véhicule. La présente invention fait intervenir des caractéristiques, notamment géométriques, difficiles à représenter autrement que par le dessin En conséquence, les dessins annexés pour- ront servir non seulement à mieux faire comprendre la des- cription, mais aussi à définir l'invention, le cas échéant. Les contenus descriptifs de la Demande de Brevet 86 18442 et de sa Demande de Certificat d'Addition 87 03111 sont à considérer comme incorporés à la présente description, afin de mieux faire comprendre certains aspects déjà dévelop- pés des dispositifs dont il s'agit. Sur la figure 1, on a illustré un dispositif comparable à celui de l'Addition précitée Mais il doit être entendu que la présente invention s'applique également au dispositif du Brevet principal 86 18442. Le capteur Cl de la figure 1 comporte un corps cylindrique muni en haut d'un plan de métallisation en bout PB, au- dessous duquel est définie une fenêtre F pour la capture des impulsions de rayonnement électromagnétique incident. Immédiatement en dessous, le corps Cl est métallisé latéra- lement comme indiqué en ML. A l'intérieur de cette partie ML, qui est adjacente à la fenêtre, le corps est intérieurement translucide, c'est-à- dire transparent mais rendu diffusant en volume. L'un des aspects de la présente invention consiste à prévoir en plus un prolongement ET, également entouré par la métalli- sation extérieure ML, mais purement transparent. Il a été observé que ce prolongement ET fournit une adapta- tion optique aisée pour le recouvrement des signaux perçus dans les deux parties du capteur, c'est-à-dire de chaque côté du plan métallisé PM On peut par exemple connecter à cet effet des fibres optiques FG et FD respectivement dans les parties gauche et droite du capteur. Les figures 3 A et 3 B illustrent une variante de réalisation dans laquelle le prolongement ET est réalisé sous la forme d'un coude optique métallisé CM L'expression "coude optique" signifie ici que le coude est agencé pour permettre la trans- mission des signaux optiques sans pertes avec un renvoi d'angle, qui est ici de 90 Un tel renvoi d'angle permet notamment d'implanter le dispositif à l'extérieur d'un véhi- cule, dont on a illustré sur la figure 3 A la paroi BV. Les figures 1 et 3 font également apparaître une autre carac- téristique de l'invention: Sur ces figures, au niveau de la fenêtre F, le plan métalli- sé PM ne traverse pas complètement la partie interne du corps Cl On remarque en effet une échancrure EM constituée entre le bord limite du plan PM et la génératrice externe du corps Cl (voir figures l A et 3 A) Alors qu'elle pouvait etre a priori considérée comme un inconvénient, susceptible de diminuer la sensibilité angulaire du capteur, cette échan- crure s'est au contraire avérée présenter des avantages intéressants. En effet, si l'on suppose que l'impulsion laser incidente se situe dans l'axe du plan métallisé PM, elle sera perçue de manière égale dans les deux parties du corps. Si, par contre, l'impulsion laser incidente se situe à 9 Q O par rapport au plan métallisé PM, alors elle n'est perçue que dans l'une des parties du corps (en l'absence de l'échan- crure) L'un des signaux captés est donc très fort, tandis que l'autre est pratiquement nul. Or, la mise en oeuvre d'un tel dispositif suppose que l'on fasse le rapport entre les signaux perçus dans les deux parties du corps Et ce rapport est avantageusement fait par le recours à des amplificateurs logarithmiques Il est clair que si deux amplificateurs logarithmiques reçoivent l'un un très fort signal, l'autre un très faible signal, ce rapport va prendre des valeurs très importantes, qui rendent la courbe de réponse angulaire du capteur selon l'invention très non linéaire Ceci est illustré par la courbe CRO de la figure 2 Cette figure illustre en abscisse l'angle d'incidence e comme défini sur la figure 1 C, pour un rayonnement incident 0. Avec une échancrure EM selon la présente invention, il s'est avéré possible de linéariser la réponse du photodétecteur, comme visible sur la courbe beaucoup plus rectiligne apparais- sant en CR 1 sur la figure 2. La figure 3 C montre comment l'on peut tester la réponse du dispositif (figures 1 ou 3) avec une diode spécialement prévue à cet effet. Au sommet du dispositif est ajouté un bloc de verre BV, à parois externes opaques PBV et logeant une diode électrolu- minescente DT Ce bloc de verre communique avec les deux moitiés du corps Cl (de part et d'autre du plan métallisé PM), par deux orifices ménagés dans le plan métallisé PB. On dispose ainsi d'une seule source lumineuse de référence pour établir et vérifier l'étalonnage de chaque capteur du dispositif. Il est maintenant fait référence aux figures 4 A à 4 C. Au lieu de capter les signaux reçus dans les deux parties du corps par des fibres optiques qui vont ensuite vers des photodétecteurs, il est intéressant pour la mise en oeuvre de l'invention d'implanter directement des photodétecteurs à l'extrémité de l'extension ET (ou du coude CM). Sur les figures 4, on a illustré un support SD sur lequel sont montés différents photodétecteurs, à l'intérieur d'un écran cylindrique E propre à loger la partie inférieure de l'extension ET, munie du plan métallisé PM qui la traver- se totalement (comme la partie ML munie elle aussi d'une métallisation extérieure). Sur la vue en coupe agrandie de la figure 4 A, on remarque deux petites diodes Dl G et Dl D situées respectivement à gauche et à droite de la partie PME du plan métallisé PM qui se trouve au niveau de l'extension ET Ces diodes, pro- ches de l'axe de révolution du corps (ou du coude), possèdent un premier type de réponse à la lumière incidente Sur le reste de la surface disponible, on place deux diodes ou réseaux de diodes D 2 G et D 2 D, qui possèdent un second type de réponse à la lumière Un écran sépare et découple les diodes de gauche de celles de droite. Avantageusement, la réponse des diodes du type Dl est la suivante: réponse rapide au rayonnement lumineux; sensi- bilité faible Inversement, les diodes D 2 ont une sensi- bilité plus élevée (énergie captée plus grande), mais une réponse plus lente. Le but est de permettre une détection rapide de certains types de rayonnement laser incidents, comme les lasers de télémétrie Il s'agit généralement d'impulsions brèves, se présentant dans une ou plusieurs bandes étroites connues à l'avance, et possédant une haute énergie Bien entendu, on pourra prévoir plusieurs diodes du type Dl fonctionnant dans deux sous-bandes différentes. Par contre, les diodes du type D 2 ont pour fonction d'assurer une surveillance de grande sensibilité sur des rayonnements laser incidents présentant une énergie plus faible que les précédents, comme les lasers associés à des systèmes de désignation d'objectifs ("tracking"). La figure 5 fait apparaître comment l'on peut traiter les signaux ainsi obtenus. En partie haute, les rayonnements issus des diodes Dl D et Dl G sont respectivement appliqués à des amplificateurs loga- rithmiques réglables AL 1 et AL 2, suivis de lignes à retard LL 1 et LL 2, puis de codeurs analogiques-numériques CA Nl et CAN 2 Les deux sorties des amplificateurs AL 1 et AL 2 sont également appliquées à un amplificateur-sommateur AS, qui détecte la présence d'impulsions sur l'ensemble du cap- teur (pour les diodes Dl), et commande en conséquence le déclenchement des deux codeurs pour l'échantillonnage numéri- que des signaux captés Les retards (quelques nanosecondes) laissent au codeur le temps de fonctionner. Les sorties des deux convertisseurs CA Nl et CAN 2 et de l'am- plificateur AS sont appliquées à de seconds moyens de traite- ment MT 2, qui ont pour charge d'établir le rapport entre les rayonnements reçus à droite et à gauche dans le capteur, et d'en déduire la direction angulaire d'arrivée des impul- sions laser, comme le comprendra l'homme de l'art, à partir de ce qui a déjà été décrit dans le Brevet et l'Addition précités. Les diodes D 2 D et D 2 G font l'objet d'un traitement semblable dans un circuit MTB dont la structure est la même que le circuit MTA Cependant, le circuit MTB présente en principe une bande passante plus réduite et un gain plus élevé Ces sorties sont également transmises aux moyens de traitement MT 2. A partir de là, les moyens de traitement MT 2 commandent des moyens de visualisation d'alarme MV, qui sont alimentés à partir des sources de bord du véhicule, et peuvent présen- ter une sortie de signaux sonores vers les circuits de "pho- nie" de bord. Avantageusement, les moyens de traitement MT 2 sont également reliés au calculateur central de bord par un bus tel que ceux au format dit DIGIBUS ou 1553, élaborés par la Demande- resse. La figure 6 montre un exemple avantageux de dispositif de visualisation. Il est tout d'abord prévu un interrupteur de marche/arrêt I 60. La visualisation principale est fournie par des diodes D 61 et D 62, avantageusement de couleurs différentes (matériali- sées par des formes différentes sur la figure). Ces diodes sont distribuées sur un arc de cercle à partir d'une position médiane marquée 0, et pour indiquer des angles allant jusqu'à 600 de part et d'autre du zéro Il est inté- ressant de prévoir une visualisation correspondante par référence au cadran d'une montre, comme cela est classique pour la définition d'un gisement dans certains domaines. il La visualisation angulaire sommaire mais immédiatement lisi- ble ainsi obtenue est d'ores et déjà beaucoup plus précise que ce qu'on en savait faire jusqu'à présent à bord d'un véhicule avec les moyens antérieurs Elle peut naturellement être complétée par une visualisation plus précise sur un afficheur numérique A 62. Un haut-parleur B 65 permet une alarme sonore, tandis que deux autres diodes D 66 et D 67 permettent d'indiquer soit l'imminence d'un danger ("tracking'), soit l'existence d'un système qui est en train d'observer le véhicule ("télémètre"). L'affichage comprend avantageusement des boutons R 63 et R 64 pour le réglage du temps de mémorisation de l'affichage du niveau sonore. La figure 7 montre un exemple d'implantation d'un dispositif selon l'invention sur un véhicule qui peut être un char et dont le bâti est visible en BV. Sur ce bâti BV est monté un boîtier blindé BE, qui possède une face ouverte fermée par un hublot incliné HB Derrière ce hublot, transparent pour les rayonnements à observer, est monté sur un support horizontal S le capteur Cl selon l'invention Le support S traverse une paroi intermédiaire PS, au-delà de laquelle il reçoit en partie supérieure le premiers moyens de traitement MT 1 et en partie inférieure les seconds moyens de traitement MT 2, ceux-ci étant reliés par une liaison numérique LN à l'affichage monté à l'inté- rieur du véhicule. Des contraintes de puissance et de prix et/ou encombrement font que les lasers utilisés en pratique opèrent à des lon- gueurs d'ondes discrètes bien établies (lasers à rubis ou bien lasers YAG-Néodyme, par exemple) Il est alors intéres- sant de prévoir derrière le hublot HB un filtre optique interférométrique en peigne ne laissant passer que ces lon- gueurs d'ondes discrètes On réduit ainsi, avec un filtre unique, le bruit induit par la lumière ambiante dans tous les photodétecteurs L'usage d'un filtre unique élimine toute nécessité d'apparier différents filtres. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend au contraire à toute variante conforme aux revendications ci-après. Revendications. 1 Détecteur d'impulsions de rayonnement électromagnétique, en particulier d'impulsions laser, comportant des moyens capteurs (MC) qui comprennent au moins un corps de révolu- tion (Cl), tel qu'un cylindre, en matériau transparent, et diffusant en volume, pour le rayonnement électromagnétique, possédant sur sa surface de révolution une fenêtre de captu- re, et muni d'une métallisation interne (PM) délimitant celui-ci en deux parties sujettes à photodétection sélecti- ve, pour l'obtention d'une sensibilité en gisement et/ou en-site, caractérisé en ce que ledit corps est prolongé en bout par une partie transparente (ET) non diffusante, également traversée par la métallisation interne (PM), mé- tallisée extérieurement, et servant à la liaison avec les photodétecteurs. 2 Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit prolongement comprend un coude optique (CM). 3 Détecteur selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce qu'au moinsun transducteur photo-électrique (Dl G, Dl D, D 2 G, D 2 D) est directement monté sur l'extrémité libre dudit prolongement, de chaque côté de la métallisation. 4 Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que deux photodétecteurs ou groupes de photodétecteurs, l'un rapide, l'autre plus sensible, sont montés de chaque côté de la métalllisation. Détecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ou les photodétecteurs rapides (Dl G, Dl D) sont implan- tés sur une petite surface proche de l'axe du prolongement, tandis que le ou les photodétecteurs sensibles (D 2 G, D 2 D) couvrent la majeure partie du reste de la surface disponi- ble à l'extrémité libre du prolongement, de chaque côté du plan métallisé. 6 Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au niveau de la fenêtre de capture, la métallisation (PM) s'arrête, d'un côté (EM), à distance de la surface du corps de révolution, ce qui fournit un mode commun partiel réduisant le rapport des puissances optiques perçues dans les deux parties du corps (Cl) et permettant de linéariser la réponse du dispositif détecteur. 7 Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque type de photodétecteurs, des premiers moyens de traitement comprenant: deux amplificateurs logarithmiques (AL 1, AL 2) recevant respectivement les signaux issus des deux parties du corps; un amplificateur-sommateur (AS) des sorties des deux ampli- ficateurs logarithmiques; deux organes à retard (LL 1, LL 2) respectivement relies aux sorties des deux amplificateurs logarithmiques, et deux codeurs analogiques-numériques (CAN 1, CAN 2) respecti- vement reliés aux sorties des deux organes à retard et déclen- chés en fonction de la sortie de l'amplificateur-sommateur. 8 Détecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre de seconds moyens de traitement (MT 2) recevant les sorties des codeurs et de l'amplificateur- sommateur pour déterminer le rapport des puissances optiques perçues dans les deux parties du corps. 9 Détecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les seconds moyens de traitement (MT 2) sont reliés à un calculateur central de bord, en particulier par un bus ou format DIGIBUS. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de visualisa- tion (MV) définis par une rangée de photodiodes en arc de cercle représentant des secteurs angulaires autour d'une valeur de référence, avec un affichage numérique d'une mesure angulaire plus fine, et l'indication du type de signal inci- dent perçu par les photodétecteurs, ainsi que des moyens d'alarme sonore. 11 Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est enfermé dans un boîtier blindé (BE), sauf du côté sensible du corps, o il est muni d'un hublot incliné. 12 Détecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le hublot est muni d'un filtre optique en peigne limitant sa transmission à des bandes de longueur d'onde discrètes. 13 Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une diode électro- luminescente (DT) capable d'appliquer sur commande un rayon- nement de référence aux deux parties du capteur.