Brevet FR2687795A1 — publié le 19930827

La présente invention constitue des perfectionnements à un système de détection optoélectrique et de localisation angulaire du type décrit dans le brevet principal et dont elle constitue la première addition. Dans le brevet principal est décrit un systeme du type dans lequel les fonctions de filtrage spatial et de modulation dues à des grilles mobiles sont séparées de celles d'écartométrie par utilisation d'une optique intermédiaire en aval des grilles et d'un détecteur % quatre quadrants et dans lequel un fonctionne- ment bimode, semi-actif ou passif, est rendu possible grâce à des grilles transparentes pour le rayonnement de l'illuminateur laser intervenant dans le mode semi-actif et à des circuits addi tionnels pour le traitement de la voie laser.Un seul détecteur du type à quatre quadrants peut convenir si la fréquence laser est incluse dans la bande spectrale correspondant au mode passif d'exploitation,généralement une bande infrarouge. Par contre le detecteur à quatre quadrants est doublé ainsi que les circuits de traitement lorsque la fréquence laser est extérieure à cette bande spectrale Selon une forme de réallsation les détecteurs, de dimensions semblables, peuvent être formés à l'avant et a' l1arrie're d'un filtre froid qui sélectionne le rayonnement infra- rouge en mode passif d'exploitation. Dans la pratique, pour répondre soit aux impératifs technologiques ou pour réduire les coûts, soit pour faciliter la réalisation de systèmes à champs très différents en mode laser semiactif et en mode infrarouge passif, il peut s'avérer utile de pré- voir des détecteurs distincts et de dimensions pouvant être nettement différentes pour les deux modes. Le but de la présente invention est de répondre aux exigences matérielles et opérationnelles précitées en matières de détecteurs et de champs objets différents selon le mode d'exploitation sé- lectionné. -Les-perfectionnements, objets de la présente invention, ont trait principalement à un aménagement de la structure optique en sorte de focaliser les rayonnements respectifs qui se situent dans des bandes spectrales distinctes, en observant des champs objets différents et en réalisant une separation spectrale et non spatiale des faisceaux. Suivant une caractéristique de la pressente invention, il est réalisé un système de détection et de localisation selon le brevet principal et qui comporte, pour répondre à une exploitation bimode dans deux bandes spectrales distinctes, une optique réceptrice composée e de deux objectifs optiques- de même axe optique et equipés chacun de moyens de filtrage spectral pour focaliser le rayonnement incident correspondant aux deux bandes d'exploitation respectivement en deux plans focaux distincts et pour permettre la détection par des détecteurs distincts des rayonnements respectifs issus de champs objets différentes et coaxiaux .Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit-donnée à titre- d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent - la figure 1, un diagramme général simplifié d'un système de détection et de localisation conforme à l'invention ; - la figure 2, un schéma de réalisation préférée de l'optique réceptrice ; - la figure 3, un schéma de réalisation de 1'ensemble optique de reception et détecteurs dans le cadre d'une application à un autodirecteur - la figure 4, un schéma partiel d'une variante de réali- sation de l'optique réceptrice selon la figure 2. La figure 1 est déduite des figures 1 et 8 du brevet principal en y indiquant les mêmes éléments ou éléments équivalents par les mêmes repères. Les deux detecteurs utilisés,l'un 4 pour la voie infrarouge (IR) en mode passif, l'autre 14 pour la voie laser en mode semi-actif,alimentent respectivement des circuits de réception et de traitement 21 et 22. Les grilles 2, transparentes pour la voie laser, sont actionnées par le dispositif 6. L'élément 9 correspond à l'illuminateur annexe utilisé en mode semi-actif. Suivant l'invention, l'objectif optique de réception est également doublé comportant un premier objectif 101, par exemple pour la voie IR, et un deuxième objectif 102 de même axe optique Z pour la voie laser. L'objectif 101 est symbolisé par une lentille évidée dans sa partie centrale pour le passage du rayonnement de la voie laser. Cette structure est complétée par un filtre optique 103 interposé sur la voie laser, par exemple un5filtre interférentiel pour la fréquence laser, et un hublot 104 qui bloque le rayonnement laser à l'entrée de la voie infrarouge. L'objectif infrarouge 101 focalise le rayonnement IR dans le plan focal passant par le foyer principal BL et où sont disposées les grilles modulatrices 2. L'objectif laser 102 focalise le rayonnement laser dans un plan focal passant par le foyer principal F2 distinct du point F1. sur l'axe optique Z. L'optique réceptrice.est déterminée en fonction des champs couvrir et des dimensions respectives des détecteurs, la réalisation préférée correspondante est une formule catoptrique du type Cassegrain pour 1'optique annulaire 101 et une formule dioptrique dans le cas de l'optique centrale 102. La figure 2 représente une telle réalisation. L'optique annulaire considérée pour le rayonnement IR est constituée au moyen d'un miroir principal 105 et d'un miroir secondaire 106. Le miroir principal est obtenu par dépôt sur un support 107 en verre ou autre matériau, usiné pour obtenir la forme désirée, par exemple sphérique ou parabolique. Le dépôt 105 est réduit à celui d'un miroir annulaire et le support 107 peut être évidé dans sa partie centrale comme figuré. Le dépôt 105 est produit par un traitement optique sous forme de-plusieurs couches de divers matériaux en sorte d'entre réfléchissant pour les ondes lumineuses comprises dans la bande spectrale IR et transparent pour les ondes à la fréquence laser Le miroir secondaire est réalisé par dépôt 106 d'un traitement optique analogue à celui 105 constituant le miroir principal et en formant ce dépôt sur la face arrière de la lentille 102, ctest-à-dire la face orientée vers le miroir principal 105. Le rayonnement incident après traversée du hublot 104 est essentiellement constitué par du rayonnement IR qui est réfléchi dans sa quasi-totalité par les miroirs 105 et 108 pour aboutir au plan focal passant par F1.Le dépôt 106 constitue en fait un miroir dichroïque laissant passer à la transmission via l'optique 102 le rayonnement laser et réfléchissant le rayonnement IR. L'optique laser comporte la lentille 102 sur la face avant de laquelle est déposé un traitement formant le filtre. interférentiel 103. La lentille 102 est en un matériau transparent pour le rayonnement laser~et assure la focalisation dans le plan focal passant par F2 du rayonnement laser incident. La tenue mécanique peut être assurée de manière conventionnelle par un montage tripode non figuré, solidaire du support 107 ou d'un bâti extérieur 108. La figure 3 représente une réalisation de l'ensemble optique et détecteurs particulièrement apte à une application du système à un autodirecteur. Le miroir principal 105 est parabolique et le miroir secondaire 106 est plan. L'optique d'écartométrie 5 est du type demi-boule et la face sphérique est centrée assez sensiblement avec le centre du détecteur 4. La partie optique réceptrice et ltélément support 33 des grilles 2 peuvent être rendues solidaires de la toupie d'un gyroscope non figuré, la partie optique d'écartométrie et l'ensemble détecteur étant solidaires de la rotule du gyroscope ; le centre de rotation correspond au centre du détecteur 4 et de la demi-boule 5. L4élément 33 est taillé pour présenter un espacement constant avec la face sphérique de la lentille 5 en présence de dépointage axial. Les éléments 109 figurent des caches internes agencés selon des techniques connues et destinés à protéger les détecteurs des rayonnements parasites, en particulier du rayonnement solaire. -La partie détectrice est refroidie par un cryostat 18 dans lequel est monté un dispositif de refroidissement, par exemple à détente Joule-Thomson a' azote comprimé. Le filtre 3 est monté à l'avant du détecteur IR4. Le boîtier du cryostat 18 est rendu étanche et fermé vers l'avant par un hublot 110 et est aménagé pour recevoir le détecteur laser 14 et le positionner en vis à vis de la face arrière plane de la demi-boule 5. Dans une combinaison optoélectrique selon l'invention, des moyens complémentaires sont avantageusement prévus pour éviter les perturbations qui pourraient se produire dans chaque voie optique par des rayonnements résiduels correspondant à la bande spectrale de l'autre voie optique. I1 a déjà été décrit le rôle joué par les éléments de filtrage 103 et 104 et par les dépôts 105 et 106 pour l'obtention du découplage optique des deux voies. Le filtre froid 3 placé devant le détecteur IR 4 contribue également au découplage en utilisant pour sa réalisation un matériau qui transmet le rayonnement IR mais qui bloque le rayonnement laser. Par ailleurs, la lentille 102 sera réalisée avec un matériau totalement absorbant par le rayonnement IR pour éviter la formation d'une image défocalisée sur le détecteur IR.résultant d'une transmission IR par la voie laser.Le phénomène corollaire, à savoir la création d'une image défocalisée sur le détecteur laser 14 à la suite de réflexions de rayonnement laser sur les deux miroirs- 105- et 106 est évitez par le hublot 104-- déja'- cité et/ou par les traitements optiques en 105 et 106 présentant un très faible coefficient de réflexion à la longueur d'onde laser, par exemple de valeur inférieure à 0,01, Dans le cas, par exemple, d'une exploitation avec un laser à 1,064 m et en infrarouge dans la bande 3 à 5 j, les matériaux utilisés peuvent être : un verre conventionnel pour la lentille laser 102, un substrat en germanium pour le filtre froid 3, un verre IRG 11 pour le support de grille 33 et l'optique d'écartométrie 5 ; les dépôts multicouches pour les miroirs 105 et 106 font intervenir divers matériaux. Le hublot 104 peut être réalisé en germanium et celui 110 du cryostat sur un substrat en silicuim ou en saphir avec un traitement de surface formant filtre interférentiel pour la bande IR. La conception de l'optique réceptrice en deux parties permet de maîtriser la détermination des éléments optiques et des longueurs focales des deux voies en fonction des dimensions des détecteurs et de manière à répondre à des champs d'ouverture déterminée. A titre d'exemple, une réalisation selon la figure 3 fonctionnant dans les bandes spectrales précitées permet d'utiliser des détecteurs 14 et 4 dont les diamètres diffèrent dans le rapport 4/1, les champs observés étant coaxiaux selon l'axe Z du système avec le champ large pour la voie laser et un champ central plus étroit pour la voie IRr le rapport des valeurs angulaires des champs peut être de l'ordre de 20/1 et le rapport des pupilles de sorties respectives de 2,5/1. L'optique IR de longue focale est réalisée de manière compacte grace au repliement optique résultant du montage Cassegrain. En jouant sur la courbure de la lentille 102, les foyers F1 et F2 se trouvent dissociés spatialement en des points différents sur l'axe optique Z.Le foyer laser F2 peut être situé comme figuré après le foyer F1 où sont positionnées les grilles de modulation 2, de manière à produire une tache laser de plus grand diamètre au niveau du plan des grilles. Cette configuration permet d'utiliser une configuration simple pour les grilles de filtrage spatial 2 - et de redire les résidus de modulation de -la voie laser par les défauts de la grille et de faciliter l'optimisation indi -tiduelle de chaque voie. La figure 4 représente un schéma partiel d'une variante de réalisation du montage précédent, suivant laguelle les détecteurs sont séparés et positionnés de part et d'autre du plan focal comportant des grilles de modulation. Pour ce faire, une lame transparente 111, en substrat de germanium pour transmettre 1' in- infrarouge; est placée sur le trajet optique entre le miroir secondaire 106 et le plan des grilles. Cette lame support comporte côté face avant, c'est-à-dire la face orientée vers l'extérieur suivant l'axe optique Z, un dépôt 112 d'un traitement anti-reflet pour la bande IR envisagée et réflecteur pour le rayonnement laser. Les coefficients pouvant atteindre par exemple au moins 0,95 pour la transmission IR et au moins 0,98 pour la réflexion laser. Ainsi, la quasi-totalité du rayonnement IR réfléchi par le miroir secon daire 106 traverse l'ensemble 111.112 et va se focaliser sur'les grilles, tandis que la quasi-totalité du rayonnement laser transmis à travers l'optique 102 est réfléchi par le dépôt 112 vers le détecteur 14 correspondant. Compte tenu du repliement optique de la voie laser par réflexion sur le dépôt 42, la lentille 102 est évidée dans sa partie centrale qui peut éventuellement recevoir le détecteur,14 selon la position du foyer F2 sur ltaxe Z. Le dépôt 112 agit comme un miroir dhroique,réfléchissant pourles ondes laser et transmissif pour les ondes IR. Pour compléter le découplage optique un filtre interférentiel 113 est introduit sur la voie laser devant le détecteur 14 afin d'éliminer les résidus IR éventuels à ce niveau ; de même, sur la voie IR, un filtre complémentaire est introduit entre la lame 112 et le plan focal F1 pour éléminer les résidus lasers éventuels. Ce filtre est réalisé par dépôt 114 d'un traitement sur la face arrière de la lame 112. Le dépôt 114 est traité anti-reflet que pour la bande spectrale IR, de manière à bloquer notamment les ondes raser; Dans la description qui précède il a été considéré que l'optique centrale 102, pleine ou annulaire, correspondait à la voie laser. En fait, les voies peuvent être inversées notamment dans le cadre d'une application qui exigerait que la pupille la plus importante soit réservée à la réception des rayonnements laser, leur focalisation serait alors assurée par la formule catoptrique tandis que la lentille transmettrait le rayonnement infrarouge. Dans le même concept, il peut être prévu d'attribuer la formation du champ central étroit à l'optique dioptrique et du champ large à la formule catoptrique. En outre, le positionnement des foyers Fl, F2 sur l'axe peut être inversé, en fonction des besoins de l'application envisagée. Il existe ainsi diverses variantes possibles et conformes aux- caractéristiques exposées de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Systeme de détection optoélectrique et de localisation angulaire d'objet lumineux selon la revendication 1 du brevet principal et qui comporte deux détecteurs à quatre quadrants et deux chaines de traitement et d'écartométrie pour répondre à 1' l'exploitation bimode dans deux bandes spectrales distinctes, caractérisé en ce que. l'optique de réception et de focalisation comporte un objectif central (102) et un objectif annulaire (101) pour focaliser en des plans focaux distincts (F2, F1) selon l'axe optique commun (Z) le rayonnement incident, chaque objectif étant équipé de moyens de filtrage spectral du rayonnement incident dans une première bande d'exploitation pour l'objectif central et dans la deuxième bande pour l'objectif annulaire 2.Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1' objectif centra-I- -comporte une Ientiîre et l'objectif annulaire un miroir principal (105) et un miroir secondaire (106) selon un montage Cassegrain et que le miroir secondaire est réalisé par dépôt sur une face de la lentille, ledit dépôt étant déterminé pour constituer un miroir dichroïque assurant la transmission du rayonnement de la première bande après traversée de la lentille et la réflexion de celui à la deuxième bande après réflexion sur le miroir principal. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de filtrage spectral du rayonnement de la première bande comportent un filtre interférentiel réalisé par dépôt sur l'autre face de la lentille. 4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de filtrage spectral du rayonnement de la deuxième bande comportent un hublot annulaire disposé sur le trajet optique incident parvenant au miroir principal. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens de filtrage spectral du rayonnement de la deuxième bande comporte le miroir principal sous forme d'un dépôt réfléchissant ce rayonnement et anti-reElet pour celui de la première bande. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, destiné à une exploitation en mode laser et en mode infrarouge, caractérisé en ce que un premier plan focal correspondant au rayonnement laser se situe à l'arrière du deuxième plan focal recevant le rayonnement infrarouge selon le sens axial du trajet optique et que les détecteurs sont montés sur un dispositif cryostat de part et d'autre d'un hublot d'étanchéité et de fermeture, le détecteur infrarouge étant disposé à l'intérieur du cryostat et précédé d'un filtre froid transmetteur du rayonnement infrarouge. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier plan focal reçoit le rayonnement focalisé par llobjec- tif annulaire et que les champs coaxiaux de réception couverts consistent en un champ plus large en mode laser qu'en mode infrarouge. 8. Système selon la revendication 6 ou 7, destiné plus particulièrement a' réaliser un autodirecteur, caractérisé en ce que l'optique intermédiaire est du type demi-boule,lloptique réceptrice et les grilles étant solidaires d'une toupie d'un gyroscope, et l'optique demi-boule et le dispositif cryostat avec les détecteurs étant solidaires de la rotule du gyroscope. 9. Système selon llune quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'optique de réception comporte en outre un deuxième miroir dichrolque positionné entre le miroir secondaire et le plan focal recevant les grilles, pour transmettre le rayonnement de la deuxième bande et réfléchir celui de la première bande, les détecteurs étant disposés sur l'axe optique de part et d'autre de ce deuxième miroir dichroïque, la lentille étant évidée dans sa partie centrale. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 a 9 appliqué à un autodirecteur bimode, infrarouge-laser.