Brevet FR2727767A1 — publié le 19960607

L'invention concerne des systèmes à laser et, en parti- culier, un procédé pour rendre sûre pour les yeux l'utilisa- tion d'un système à laser qui est sinon dangereux pour les yeux, cela par un dispositif auxiliaire ou une modification de l'appareillage à laser existant. Des lasers et des systèmes basés sur des lasers sont utili- sés de façon intensive dans de nombreux domaines d'applica- tion, incluant la télémétrie, la détection à distance et d'autres. Tous ces systèmes comprennent un émetteur à laser qui émet un faisceau lumineux à intensité relativement élevée qui, généralement, est un danger potentiel pour l'oeil humain. Le problème de la sécurité des yeux dans le fonctionnement de lasers et de systèmes à base de lasers restreint l'utilisation de tels systèmes. Il existe une demande croissante pour des lasers sûrs pour les yeux et il s'est révélé plus difficile à appliquer cela dans les domaines industriels et militaires. En dépit du fait que les militaires utilisent une variété d'équipements non sûrs sur le champ de bataille, à l'entraînement, le critère de sécurité est très important et il existe un besoin pour pouvoir utiliser des équipements pour la ba- taille et pour l'entraînement. Concernant un autre exemple, la télémétrie utilisée dans l'ingénierie civile est réalisée à de faibles niveaux d'énergie, pour des raisons de sécurité des yeux, et un rétroréflecteur est utilisé à l'emplacement de la cible. La possibilité d'augmenter le niveau d'énergie de l'émetteur sans compromettre la sécurité des yeux amélio- rerait de façon significative le rendement de l'appareillage et son déploiement. Pour résoudre les problèmes concernant l'utilisation de lasers à haute puissance sans mettre l'oeil en danger, trois approches existent aujourd'hui. - L'utilisation d'une longueur d'onde d'émission pour laquelle une radiation à intensité relativement élevée peut être utilisée sans endommagement permanent de la rétine. Des longueurs d'onde courantes sont 1,54 y et 10,6 M. Cette solution n'est pas toujours optimale du fait qu'elle diminue le rendement du système et augmente les coûts et, dans certaines applications, il n'est pas possible de la mettre en oeuvre du fait qu'il existe une interdépendance avec des systèmes externes dont les longueurs d'onde ne concordent pas. Le cas des moyens de désignation à laser est un exemple de tels systèmes. Par ailleurs, ces longueurs d'onde peuvent provoquer un endommagement temporaire de la cornée ou de l'humeur vitreuse. - L'utilisation d'atténuateurs temporaires du faisceau laser, à un taux de radiation sûr, dans des situations potentiellement dangereuses. Cette méthode est répandue dans des situations d'entraînement militaire et est accompagnée par une augmentation de la réflectivité de la cible d'entraînement pour compenser l'énergie perdue dans la transmission. L'atténuation du faisceau laser pendant l'entraînement ne constitue pas une vraie reproduction des conditions de combat du fait qu'elle empêche de viser sur des cibles aléatoires avec succès. Elle souffre également d'une complication de la logistique pour fixer un rétro- réflecteur spécial à chaque cible potentielle. - Un repère clairement visible de l'équipement potentielle- ment dangereux pour que les utilisateurs prennent des précautions externes ou évitent le faisceau laser. Cet équipement obligatoire minimal est une solution présentant un coût très faible concernant le problème de la sécurité, mais elle dépend des opérateurs et est sujette à des accidents. Les solutions qui sont disponibles aujourd'hui pour résoudre le problème de la sécurité des yeux sont ainsi, dans de nombreux cas, seulement des solutions partielles à ce problème, sont coûteuses, impraticables ou réduisent signi- ficativement le rendement du système. C'est un objet de la présente invention de fournir un mécanisme de détection et une logique de commande utilisa- bles avec des systèmes à laser existants et des équipements basés sur des lasers, qui rendent l'utilisation de ceux-ci sûre pour l'oeil humain. La présente invention concerne un système à laser sur pour l'oeil comprenant des moyens de détection pour s'assurer si un être humain est présent jusqu'à la distance à laquelle le faisceau laser provoquera un endommagement de l'oeil, et des moyens pour actionner le laser à haute puissance seulement si aucun être humain n'est présent jusqu'à une telle dis- tance. De préférence, il comprend des moyens pour actionner le laser à une sortie de puissance réduite et des moyens de balayage par ledit faisceau pour établir la présence ou l'absence d'un être humain dans la zone o la pleine puis- sance du laser provoquera un endommagement de l'oeil et, selon les résultats de ce test, des moyens pour actionner le laser à pleine puissance seulement si aucun être humain n'est dans la zone dangereuse. Selon une réalisation, le système de l'invention comprend un sous- système ayant un laser à faible puissance de sortie, des moyens pour utiliser son faisceau à faible puissance pour s'assurer de la pré- sence ou de l'absence d'un être humain dans la zone o un endommagement de l'oeil sera provoqué par le laser à haute puissance, et des moyens pour diriger ledit faisceau à basse puissance dans la direction de la cible à travers le système optique du laser principal ou à travers un système optique séparé. La source de faisceau laser à basse puissance peut être une diode laser, et le laser auxiliaire peut être actionné en mode pulsé ou en mode continu. L'invention concerne de plus un procédé pour protéger les yeux d'un être humain en un certain emplacement contre un endommagement par une radiation laser, qui comprend: effectuer un balayage d'une zone jusqu'à laquelle un laser à haute puissance est susceptible de provoquer un endommage- ment des yeux dudit être humain, dans cette zone, ledit balayage étant effectué par des moyens de détection de proximité choisis parmi un faisceau laser à basse puissance, des micro-ondes, des ondes millimétriques et des ondes acoustiques et, conformément à la détermination qu'aucun être humain ne se trouve dans cette zone, actionner un laser à haute puissance. De préférence, le laser à haute puissance est actionné à une puissance réduite telle qu'il ne provoque pas un endommagement de l'oeil d'un être humain dans une certaine zone et, après s'être assuré qu'aucun être humain n'est présent dans ladite zone, on actionne ledit laser à haute puissance à pleine puissance. On peut utiliser un sous-système de laser à basse puissance qui est dirigé dans la direction d'une cible à travers le système optique du laser à haute puissance ou à travers un système optique séparé. La source d'énergie à basse puissance peut être une diode laser. Le laser à basse puissance peut être mis en oeuvre en mode pulsé ou en mode continu, ou selon un mode de fonctionnement différent du mode de fonctionnement du laser à haute puissance. L'invention concerne également un procédé de télémétrie à laser dans lequel un balayage est effectué par un laser à basse puissance et dans lequel le laser à haute puissance et les moyens de balayage sont intégrés dans le télémètre à laser. C'est un autre objet de la présente invention de fournir un mécanisme de détection et une logique de commande pour de nouveaux lasers à haute puissance et des appareillages basés sur des lasers, qui rendent ceux-ci sûrs pour l'oeil humain. C'est un autre objet de la présente invention de fournir un substitut pour des émetteurs à laser existants pour des applications de télémétrie à courte distance. Le mécanisme de détection est constitué d'un émetteur à impulsions de lumière à faible intensité, éventuellement une diode à laser, dont le faisceau est combiné optiquement ou aligné optiquement avec le faisceau laser d'une conception existante ou un mode différent de fonctionnement du laser existant. Le mécanisme comprend de plus un récepteur optique et des moyens de traitement, qui pourraient être une modifi- cation du récepteur existant ou une addition à un tel appareillage. Le nouveau mode de fonctionnement comprend l'initiation d'une impulsion lumineuse à faible intensité, qui précédera l'émission du faisceau laser à haute puissance existant, et l'établissement de la distance d'une personne dans son chemin optique en calculant le retard de l'écho renvoyé de cette personne. Un tel mode de fonctionnement empêche l'émission du faisceau laser à haute puissance si la dis- tance mesurée est au-dessous de la distance sûre pour l'oeil pour un tel faisceau laser. Un tel fonctionnement garantit, en utilisant un faisceau lumineux sur pour l'oeil, qu'il n'existe pas d'objet, en particulier un oeil humain, sur la voie du faisceau laser anticipée d'intensité élevée suscep- tible d'endommager l'oeil. Un système de cette invention comprend en plus du laser existant une source de lumière pulsée de puissance relative- ment basse qui émet son faisceau à travers un des canaux optiques existants, l'optique de transmission à travers sa propre optique collimatée sur la cible du dispositif exis- tant. La présente invention fournit également une alimenta- tion de puissance pour alimenter la source d'impulsion lumineuse à basse puissance. L'invention est illustrée par la figure unique du dessin annexé qui montre un laser usuel combiné à un système auxiliaire de l'invention. Comme montré sur cette figure, le système dans son ensemble comprend un émetteur laser usuel 11 qui est alimenté en puissance par une alimentation 12 et qui est commandé par un processeur et une logique de commande 13, lequel laser émet un faisceau lumineux 14 via un séparateur de faisceau 15 et via une optique de transmission 16, comme faisceau 17 vers l'objet (personne). Il est prévu de plus une alimentation de puissance de lumière pulsée 18, reliée au processeur et à la logique de commande 13, qui alimente une source de lumière pulsée 19 qui émet une lumière pulsée 20 via le séparateur de faisceau et la même optique de transmission 16 vers l'objet. La lumière réfléchie par l'objet (personne) passe via une optique 21 vers le récepteur 22 qui est relié au processeur et à la logique de commande 13. L'impulsion lumineuse de détection de la source 19, renvoyée par l'objet (personne) et reçue par le récepteur 22, est évaluée par le processeur et la logique de commande 13, laquelle évaluation permet de décider si l'émetteur laser 11 doit être actionné. Avant la mise en route de l'émetteur laser existant 11 par la logique de commande 13, cette logique de commande 13 initie un signal de déclenchement 24 vers l'alimentation de puissance de lumière pulsée 18 qui alimente la source de lumière pulsée 19 pour émettre une courte lumière pulsée 20. Ce faisceau, par l'intermédiaire du multiplexeur optique 15, sera transmis à travers l'optique de transmission 16 de l'émetteur principal 11 et atteindra le même objet que celui visé par le système à laser. Tout objet, en particulier une personne, sur cette voie renverra un écho lumineux 23 qui, après avoir traversé l'optique de réception 21, sera détecté par le récepteur 22. Pour certaines applications, le récep- teur 22 sera modifié pour agir à de courtes distances, jusqu'à une distance nulle. Le récepteur 22 envoie un signal à la logique de commande 13 qui utilise le retard entre l'arrivée de l'écho et l'initiation de l'impulsion lumineuse pour établir sa distance. L'unité 13 compare la distance de l'objet, déduite de ce retard, à la distance sûre pour l'oeil requise par le standard, et déclenchera le fonction- nement de l'émetteur laser 11 seulement si la distance de la personne est plus grande que la distance sûre pour l'oeil pour le laser principal. Dans certaines applications, l'utilisation de l'algorithme décrit cidessus manquera, du fait que l'énergie requise pour détecter et mesurer la distance à des objets à la distance minimale sûre pour l'oeil de la conception exis- tante, nécessitera l'utilisation d'une source de lumière pulsée 19 qui, en elle-même, n'est pas sûre pour l'oeil à une distance nulle de l'optique de transmission 16. Pour de tels systèmes, l'algorithme peut être développé de sorte que la source de lumière pulsée peut être émise et traitée en un certain nombre d'étapes consécutives. Chaque étape sera comme dans l'algorithme précédemment décrit, mais l'intensité de la lumière pulsée sera progressivement augmentée à chaque impulsion. La première impulsion sera absolument sûre pour l'oeil jusqu'à la distance nulle. Si le résultat de la première impulsion montre qu'il n'y a aucune personne dans le chemin optique jusqu'à une distance L1, alors une seconde impulsion plus forte sera émise pour vérifier qu'il n'y a aucune personne jusqu'à une distance L2, avec L1 peut être répété un certain nombre de fois avec une puis- sance accrue d'impulsion en impulsion jusqu'à ce que des conditions totalement sûres pour les yeux soient vérifiées. Comme exemple, l'utilisation d'une diode laser pulsée de 10 à 20 W, comme source de lumière pulsée 19, permet de détec- ter des objets jusqu'à 100 mètres, est sûre pour les yeux à une distance nulle et vérifiera la sécurité pour des émet- teurs lasers pulsés à 1,06 p d'environ 10 mJ par impulsion. Un tel émetteur 10 mJ est sûr pour les yeux au-dessus de 100 mètres et peut servir dans des télémètres pour une portée d'au maximum 10 km. REVENDICATIONS 1. Système à laser sûr pour l'oeil, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection (11, 19) pour s'assurer si une personne est présente jusqu'à la distance à laquelle un faisceau laser à haute puissance (11) provoquera un endommagement de l'oeil, et des moyens (13) pour actionner le laser à haute puissance (11) seule- ment si aucune personne n'est présente jusqu'à une telle distance. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour actionner le laser (11) à une sortie de puissance réduite pour établir la présence ou l'absence d'une personne dans la zone o la pleine puissance du laser provoquera un endommagement des yeux et, selon les résultats de ce test, des moyens (13) pour actionner le laser à pleine puissance seulement si aucune personne n'est dans la zone dangereuse. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un sous-système ayant un laser (19) à basse puissance de sortie, des moyens pour utiliser son faisceau à basse puissance pour s'assurer de la présence ou de l'absence d'une personne dans la zone o un endommagement des yeux sera provoqué par le laser à haute puissance (11), et des moyens pour diriger ledit faisceau à basse puissance dans la direction de la cible à travers le système optique du laser principal ou à travers un système optique séparé. 4. Système selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que la source du faisceau laser à basse puissance est une diode laser. 5. Système selon la revendication 1, 3 ou 4, caractérisé en ce que le laser auxiliaire est un laser fonctionnant en mode pulsé ou en mode continu. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 5, caractérisé en ce qu'une source de faisceau laser à basse puissance auxiliaire est couplée à un système à laser à haute puissance existant. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un laser auxiliaire de faible puissance et des moyens pour le faire fonctionner dans un mode différent de celui du laser à haute puissance. 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection à distance, utilisant des micro-ondes, des ondes millimétri- ques, des ondes acoustiques ou d'autres moyens de détection de proximité. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans un télémètre ou un dispositif de désignation de cible. 10. Procédé de protection des yeux contre un endommagement par une radiation laser à haute puissance, caractérisé en ce qu'il comprend: effectuer un balayage d'une zone jusqu'à laquelle le laser à haute puissance (11) est susceptible de provoquer un endommagement des yeux d'une personne, à l'intérieur de cette zone, ledit balayage étant effectué par des moyens de détection de proximité choisis parmi un faisceau laser à basse puissance, des micro-ondes, des ondes millimétriques et des ondes acoustiques et, conformément à la détermination qu'aucune personne n'est présente dans ladite zone, actionner le laser à haute puissance. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le laser à haute puissance (11) est actionné à une puissance réduite de sorte qu'il ne provoque pas un endommagement des yeux d'une personne dans une certaine zone et, après s'être assuré qu'aucune personne n'est présente dans ladite zone, on actionne ledit laser à haute puissance à pleine puissance. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend l'utilisation d'un sous- système de laser à basse puissance (19), qui est dirigé dans la direction d'une cible à travers le système optique du laser à haute puissance ou à travers un système optique séparé. 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la source d'énergie à basse puissance est une diode laser. 14. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend l'actionnement du laser à basse puissance en mode pulsé ou en mode continu, ou selon un mode de fonctionnement différent du mode de fonctionne- ment du laser à haute puissance. 15. Procédé de télémétrie à laser, caractérisé en ce qu'un balayage est effectué conformément à la revendication 10, le laser à haute puissance et les moyens de balayage étant intégrés dans un télémètre à laser.