Brevet FR2700620A1 — publié le 19940722

La présente invention concerne un dispositif pour diriger selon une direction de visée choisie, définie par des moyens de visée optiques, un faisceau laser dont l'orientation est susceptible de varier au cours du temps. On a proposé des dispositifs dans lesquels le réglage de l'orientation d'un faisceau laser émis par une source laser pour l'aligner sur une direction de visée choisie, définie par des moyens de visée optiques est effectué en usine sur les lieux d'assemblage de la source laser et des moyens de visée optiques. Ces dispositifs présentent l'inconvénient de nécessiter un outillage spécifique et, nonobstant le réglage effectué en usine, l'orientation du faisceau laser se dégrade au cours du temps, par exemple à cause de l'environnement thermique. On a également proposé des dispositifs permettant un réglage, sans outillage spécifique, par un opérateur préalablement à chaque utilisation du faisceau laser. Toutefois, d'une façon générale, les dispositifs connus présentent l'inconvénient de ne pas fonctionner en continu de sorte qu'une erreur angulaire d'orientation du faisceau apparaît au cours de l'émission du faisceau laser, lorsque la direction du faisceau laser émis par la source change, sous l'action d'une augmentation de température de celle-ci, par exemple. La présente invention vise principalement à remédier à cet inconvénient et a pour objet un dispositif d'annulation permanente d'une erreur d'orientation angulaire d'un faisceau laser par rapport à une direction de visée choisie, définie par des moyens de visée optiques. Selon une première caractéristique de l'invention, le dispositif comporte - des moyens de déviation angulaire placés sur le trajet dudit faisceau, pour modifier son orientation en réponse à un signal de commande, - des moyens formant une surface plane semi-transparente placés sur le trajet du faisceau émergeant desdits moyens de déviation pour réfléchir une fraction de ce faisceau vers des moyens de détection aptes à délivrer un signal d'erreur représentatif de la déviation angulaire du faisceau émergeant par rapport à la direction de visée et, - des moyens de rétroaction pour délivrer, à partir dudit signal d'erreur, un signal de commande visant à annuler ladite déviation angulaire. Avantageusement, lesdits moyens de visée optiques comportent des moyens formant oculaire et des moyens formant réticule définissant avec lesdits moyens formant oculaire un axe de visée, ladite direction de visée étant symétrique dudit axe de visée par rapport au plan de ladite surface plane semi-transparente. Avantageusement, les moyens formant oculaire et les moyens formant réticule sont situés sur l'axe de visée de part et d'autre de la surface plane semi-transparente, et le dispositif comporte des moyens formant une deuxième surface plane semi-transparente, formant un angle aigu de 45" avec ledit axe de visée, pour diriger ladite fraction du faisceau laser, réfléchie par lesdits moyens formant surface plane semi-transparente, vers lesdits moyens de détection. Dans une réalisation du dispositif, les moyens de détection comportent une surface photosensible découpée en quadrants et réalisée sur une pastille en matériau photodétecteur. Dans une réalisation du dispositif, les moyens de déviation angulaire comportent deux paires de prismes montés à contre-rotation, lesdites paires de prismes étant agencées pour modifier respectivement l'orientation du faisceau laser selon deux plans perpendiculaires entre eux. Avantageusement, les moyens de commande sont aptes à générer un signal de bon fonctionnement lorsque le faisceau laser est dirigé sensiblement selon la direction de visée, et le dispositif comporte des moyens pour interdire, en l'absence de ce signal, l'émission à forte puissance du faisceau laser. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé sur lequel - la figure 1 illustre de façon schématique un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 2 montre une réalisation de surface photosensible utilisée dans l'invention. Le dispositif selon l'invention, représenté sur la figure 1, est conçu pour diriger un faisceau laser 1 dans une direction de visée 2 choisie, par exemple pour illuminer avec précision une cible non représentée, située à grande distance du dispositif. Le faisceau 1 est émis par toute source laser 6 connue en elle-même, par exemple un laser à solide dont le milieu actif est constitué d'un barreau cylindrique. Dans ce dernier cas, lors du fonctionnement du laser, le réchauffement du barreau a tendance à dévier la direction du faisceau laser émis, cette déviation n'étant corrigée que de façon ponctuelle et préalablement à l'utilisation du faisceau laser dans les dispositifs de réglage connus précités. Pour corriger, en permanence, toute déviation du faisceau émis par la source, le dispositif selon l'invention comporte des moyens de déviation 40 placés sur le trajet du faisceau 1 émis par la source 6 et constitués, dans l'exemple de réalisation décrit, par deux paires de prismes 41 et 42. Les prismes 41 et 42 d'une paire sont montés à contre-rotation autour de deux axes parallèles, de façon connue en soi, au moyen d'un mécanisme à engrenage non représenté, entraîné par un moteur électrique. Les deux paires de prismes sont disposées perpendiculairement et sont entraînées au moyen de moteurs électriques respectivement référencés pour chaque paire Ml et M2. Les moteurs M1 et M2 sont commandés par des signaux de commande 43. Une première paire de prismes permet de dévier le faisceau 1 angulairement dans un premier plan perpendiculaire aux axes de rotation parallèles des prismes de cette première paire et la deuxième paire de prismes permet de dévier le faisceau 1 dans un deuxième plan perpendiculaire au premier. On pourrait, sans sortir du cadre de la présente invention, proposer d'autres moyens connus de déviation du faisceau 1, par exemple des moyens de déviation qui ne comporteraient qu'une seule paire de prismes commandés en rotation autour de deux axes respectifs perpendiculaires entre-eux. Les moyens de déviation comporteraient en outre avantageusement dans ce dernier cas des moyens mécaniques de recopie des mouvements angulaires des prismes, connus en eux-mêmes, et délivrant une information destinée à faciliter la commande de l'orientation des prismes. La direction de visée 2 est définie par des moyens de visée optiques qui plus particulièrement comportent des moyens formant oculaire 10 et des moyens formant réticule 20, définissant ensemble un axe de visée 3, dont la direction de visée 2 est le symétrique par rapport à un plan P' qui va être précisé dans la suite. Conformément à l'invention, le dispositif comporte des moyens 4 formant surface plane semi-transparente 5 (ou semi-réfléchissante), disposés sur le trajet du faisceau émergeant desdits moyens de déviation 40 de façon à réfléchir une fraction de ce faisceau, dit faisceau secondaire, vers des moyens de détection aptes à délivrer un signal d'erreur 31 représentatif de l'écart angulaire que fait ledit faisceau émergeant avec la direction de visée 2. De préférence, l'énergie du faisceau secondaire représente seulement une fraction de l'énergie du faisceau 1 émis par la source 6. Le plan de la surface semi-transparente 5 définit le plan P' précité et celle-ci forme de préférence, comme représenté un angle aigu de 45" avec l'axe de visée 3, de sorte que l'axe de visée 3 et la direction de visée 2 sont perpendiculaires entre eux. De préférence, comme représenté, les moyens 4 formant surface plane semi-transparente 5 sont constitués de deux prismes en triangle rectangle isocèle 4a et 4b accolés par leur hypothénuse pour former un cube, l'un au moins de ces prismes comportant sur sa face accolée un revêtement semi-transparent connu en lui-même formant ladite surface plane semi-transparente 5. Le plan P' de la surface 5 délimite deux régions de l'espace et les moyens formant oculaire 10, connus en eux-mêmes se situent dans une région A tandis que les moyens de déviation 40 se situent dans l'autre région B. Plus particulièrement, les moyens formant oculaire 10 comportent un groupe de lentilles 11 centrées sur l'axe de visée 3. Les moyens formant réticule 20 sont disposés sur l'axe de visée 3 dans la région B dans laquelle se situent également les moyens de déviation 40 et comportent plus particulièrement un réticule de visée 21 dont le centre est sur l'axe de visée 3. Le réticule 21 est placé dans le plan focal d'une lentille 23, de sorte que l'image du réticule observée par les moyens formant oculaire 10 à travers la surface plane semi-transparente 5 est une image à l'infini, se superposant à l'image réfléchie sur la surface 5 en provenance de la direction de visée 2.Dans la réalisation décrite, le réticule 21 est rétro-éclairé par une lampe 22. Des moyens 8 formant deuxième surface plane semi-transparente 9 sont placés le trajet du faisceau secondaire sur l'axe de visée 3 entre la lentille 23 et le réticule 21 pour réfléchir une fraction du faisceau secondaire vers les moyens de détection précités. Plus particulièrement, les moyens 8 formant deuxième surface plane semi-transparente 9 sont constitués dans l'exemple de réalisation décrit, de deux prismes 8a et 8b en triangle rectangle isocèle accolés par leur hypoténuse pour former un cube, l'une au moins des faces accolées présentant un revêtement semi-transparent connu en lui-même formant ladite surface 9. De préférence, comme représenté, le plan de la surface 9 est parallèle au plan de la surface 5 et forme un angle aigu de 45C avec l'axe de visée 3. Le réticule 21 est disposé en regard de la face du cube formé par les deux prismes 8a et 8b accolés située sur l'axe de visée 3 à l'opposé des moyens 4 formant surface plane semi-transparente 5 et les moyens de détection comportent une surface photosensible 30 placée sur la face du cube symétrique, par rapport au plan de la surface 9, de la face sur laquelle est placé le réticule 21. Plus particulièrement, comme représenté sur la figure 2, la surface photosensible 30 est avantageusement formée sur une pastille en matériau photoconducteur, tel que du silicium, découpée en quadrants 32.Puisqu'elle est symétrique du réticule 21 par rapport au plan de la surface 9 précitée, la surface photosensible 30 se trouve également dans le plan focal de la lentille 23 et le faisceau secondaire traversant la lentille 23 et réfléchi par la surface 9 converge sur la surface photosensible 30 pour former une tache lumineuse T. La tache T illumine chaque quadrant différemment, comme représenté sur la figure 2, lorsque le faisceau est dévié angulairement par rapport à la direction de visée. Lorsque le faisceau émergeant des moyens de déviation 40 est parfaitement aligné sur la direction de visée 2, le faisceau secondaire est parfaitement aligné sur l'axe de visée 3 et focalise au centre de la surface photosensible 30, illuminant les quadrants de façon identique. Les quadrants 32, tous illuminés en partie par le faisceau laser secondaire, délivrent chacun un signal représentatif du flux lumineux qu'ils reçoivent du faisceau secondaire, vers des moyens d'amplification 33 générant un signal d'erreur 31 représentatif de l'écart angulaire du faisceau émergeant des moyens de déviation 40 par rapport à la direction de visée 2. Des moyens formant rétroaction 34 reçoivent le signal d'erreur 31 et délivrent sur la base de ce signal 31 des signaux de commande 43 pour agir sur les moyens de déviation 40 précités et modifier l'orientation du faisceau 1 émis par la source en vue d'annuler la déviation angulaire de ce dernier. De préférence, les moyens formant rétro action 34 comportent des moyens formant hystéréris, visant à prévenir tout phénomène d'oscillation. Dans le cas où la source laser 6 émet un faisceau laser pulsé, les moyens d'amplification 33 et les moyens formant rétroaction 34 sont prévus pour mémoriser les signaux de crête correspondant à l'énergie maximale reçue par chacun des quadrants 32 de la surface photosensible 30 et pour délivrer des signaux de commande adéquats 43 sur la base de ces signaux de crête mémorisés. Pour certaines applications, il peut être avantageux de réduire la dispersion angulaire du faisceau laser et l'on a placé dans ce but, comme représenté sur la figure 1, un système afocal 60 sur le trajet du faisceau émergeant des moyens de déviation 40 et avant la traversée de la surface semi-transparente 5. On peut naturellement, sans sortir du cadre de la présente invention, proposer d'autres réalisations de surface photosensible 30, par exemple au moyen d'un capteur matriciel du type CCD. Finalement, la présente invention permet de pointer avec précision un faisceau laser dans une direction de visée choisie et trouve son intérêt dans toutes les applications où un pointage précis est nécessaire, par exemple pour l'illumination d'une cible située à grande distance ou dans le domaine chirurgical ou de la micro-électronique. Avantageusement, les moyens de commande 34 sont aptes à générer un signal 35 de bon fonctionnement lorsque le faisceau laser est dirigé sensiblement selon la direction de visée 2, l'absence de ce signal permettant, à l'aide de moyens 36 connus en eux-mêmes, d'interdire toute émission laser de forte puissance qui s'effectuerait dans de mauvaises conditions, c'est-à-dire avec une déviation angulaire trop importante du faisceau émergeant des moyens de déviation 40 par rapport à la direction de visée 2. REVENDICATIONS I. Dispositif pour diriger dans une direction de visée (2) choisie, définie par des moyens de visée optiques (10, 20), un faisceau laser (1) dont l'orientation est susceptible de varier au cours du temps, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens de déviation angulaire (40) placés sur le trajet dudit faisceau (1), pour modifier son orientation en réponse à un signal de commande (43), - des moyens (4) formant une surface plane semi-transparente (5) placés sur le trajet du faisceau émergeant desdits moyens de déviation (40) pour réfléchir une fraction de ce faisceau vers des moyens de détection (30, 33) aptes à délivrer un signal d'erreur (31) représentatif de la déviation angulaire du faisceau émergeant par rapport à la direction de visée (2) et, - des moyens de rétroaction (34) pour délivrer, à partir dudit signal d'erreur (31), un signal de commande (43) visant à annuler ladite déviation angulaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de visée optiques comportent des moyens formant oculaire (10) et des moyens formant réticule (20) définissant avec lesdits moyens formant oculaire un axe de visée (3), ladite direction de visée (2) étant symétrique dudit axe de visée (3) par rapport au plan (P') de ladite surface plane semi-transparente (5). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens formant oculaire (10) et les moyens formant réticule (20) sont situés sur Iraxe de visée (3) de part et d'autre de la surface semitransparente (5) et en ce qu'il comporte des moyens (8) formant une deuxième surface plane semi-transparente (9) formant un angle aigu de 45" avec ledit axe de visée (3) pour diriger ladite fraction du faisceau laser, réfléchie par les moyens formant surface plane semi-transparente (5), vers lesdits moyens de détection (30, 33). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent une surface photosensible (30) découpée en quadrants (32) et réalisée sur une pastille en matériau photo détecteur. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de déviation angulaire (40) comportent deux paires de prismes (41, 42) montés à contre-rotation, lesdites paires de prismes étant agencées pour modifier respectivement l'orientation du faisceau laser selon deux plans perpendiculaires entre eux. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de commande (34) sont aptes à générer un signal (35) de bon fonctionnement lorsque le faisceau laser est dirigé sensiblement selon la direction de visée (2), et en ce qu'il comporte des moyens (36) pour interdire en l'absence de ce signal l'émission à forte puissance du faisceau laser (1).