Brevet FR2741449A1 — publié le 19970523

La présente invention concerne un appareil de détec- tion du rayonnement diffusé par un objet, et elle concerne en particulier, mais non exclusivement, la détection du rayonnement laser diffusé par le fuselage d'un aéronef. La demande de brevet britannique n 2 001 750 décrit un réflecteur prismatique monté sur un char d'assaut et destiné à diriger le rayonnement incident d'un laser sur un photocapteur. Cependant, cet appareil ne convient pas à un aéronef, par exemple un hélicoptère, car le rayonnement ne peut pas parvenir directement sur le réflecteur. La demande de brevet britannique n 86.13 297 décrit un détecteur de lumière diffusée destiné à détecter la présence d'un faisceau laser, le détecteur comprenant un capteur qui est sensible à la lumière réfléchie par la surface d'un véhicule et qui est monté à une distance fixe de la surface du véhicule. Un tel détecteur a été utilisé avec des hélicoptères de grande dimension, mais on a cons- taté qu'il ne convenait pas aux hélicoptères de petite dimension car des ensembles détecteurs, placés à une cer- taine distance du véhicule, donnent des caractéristiques aérodynamiques indésirables. La présente invention est destinée à résoudre ce problème et concerne un détecteur d'un rayonnement diffusé, monté sur la surface d'un véhicule ou près d'une telle surface, le détecteur comprenant un système optique de miroirs et/ou de lentilles, destiné à recevoir le rayon- nement diffusé par une région de la surface et à le diriger sur un photocapteur. Selon l'invention, le détecteur peut être monté sur la surface d'un véhicule ou près d'une telle surface, par exemple la surface du fuselage d'un petit hélicoptère, et de détecter encore le rayonnement diffusé par la surface. De manière préférée, le système de miroirs et/ou de lentilles comporte un premier miroir annulaire incliné de manière qu'il rassemble là lumière diffusée de toute une région entourant le détecteur et réfléchisse cette lumière diffusée vers un second miroir ou une seconde lentille qui dirige la lumière sur un troisième miroir ou une troisième lentille de forme annulaire, la section de l'anneau étant courbe afin que le miroir concentre et focalise la lumière sur un photocapteur central. L'avantage d'un tel appareil est qu'il donne un champ de vision bien délimité par sélec- tion convenable de dimensions et de paramètres du système optique. De préférence, le système optique forme un champ de vision annulaire circulaire entourant le détecteur. Dans une variante, un champ elliptique de vision ou un autre champ de vision peut être souhaitable et peut être par exemple en forme de croix lorsque le détecteur est monté sur un aéronef ayant des ailes. Dans le cas o seuls des miroirs sont utilisés, le rayonnement infrarouge qui pourrait être absorbé par des ensembles réfracteurs peut être détecté. Bien qu'il soit envisagé essentiellement pour une application à la détection du rayonnement d'un laser prove- nant d'une source hostile et parvenant sur un aéronef ou un autre véhicule, le détecteur peut être utilisé pour la détection d'autres formes de rayonnement, par exemple d'une liaison de communication ou pour collecter la lumière solaire sous forme d'énergie. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma du détecteur selon l'in- vention, monté à la surface d'un véhicule; la figure 2 est une perspective du système optique du détecteur de la figure 1; les figures 3a à 3c représentent trois vues diffé- rentes d'un miroir en forme de partie de tore utilisé dans le système de la figure 2; la figure 4 est une coupe du système optique de la figure 2, montrant comment la lumière est réfléchie sur un photocapteur; et la figure 5 est une coupe à l'échelle d'un mode de réalisation préféré de l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un détecteur monté sur une surface 2 d'un petit hélicoptère, par exemple un hélicoptère "Lynx", et comprenant un ensemble 4 formant un boîtier de forme partiellement conique, dépassant à une distance d'environ 15 cm de la surface de l'hélicoptère et ayant un ensemble optique 6 placé à la partie supérieure du boîtier. L'ensemble optique 6 a un champ de vision qui sous-tend un angle " qui permet l'observation d'une grande surface de largeur R de tous les côtés du détecteur si bien que, si un rayonnement, par exemple un rayonnement laser provenant d'une source hos- tile, tombe à la surface 2 de l'hélicoptère, le rayonnement diffusé dans l'angle 0 est détecté par le détecteur. La distance R peut être par exemple de 2 m. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente le système optique du détecteur selon l'invention, compre- nant un miroir plan M3 ayant une configuration annulaire formant un angle P par rapport à la surface sur laquelle est monté le détecteur. Un miroir M2 est placé sous le miroir M3 afin qu'il reçoive la lumière réfléchie par ce miroir M3. Le miroir M2 est plan et a une forme annulaire, et il est séparé du miroir M3 et est monté en position fixe par rapport au miroir M3. Le miroir M2 est sous forme d'un anneau et il contient un détecteur D en son centre. Un miroir M1 sous forme d'une partie de tore est placé dans le miroir M3 et est destiné à recevoir le rayonnement réfléchi par le miroir M2 afin qu'il concentre ce rayonnement et le focalise sur le détecteur D. La forme du miroir M1 apparaît plus clairement sur la figure 3 qui représente le miroir sous forme d'un anneau, la section de l'anneau étant circu- laire. Le miroir Ml est formé en une seule pièce avec le miroir M3, par une opération de moulage d'une matière plas- tique. Les trois miroirs sont formés de matière plastique et ont des surfaces réfléchissantes argentées. Dans une variante, les miroirs peuvent être formés par un autre matériau, par exemple de l'aluminium réfléchissant. La figure 4 est une coupe du système optique. Le système est symétrique par rapport à l'axe central C et il est obtenu tridimensionnellement par rotation autour de l'axe C. Des traits de construction sont tracés dans le système afin qu'ils indiquent la propagation du rayonnement optique ou infrarouge dans le système. Deux rayons sont représentés, sous forme des rayons extrêmes qui délimitent ainsi le champ de vision du système. Les positions rela- tives des éléments sont importantes pour que les rayons tombent exactement comme représenté. Les rayons A1 et A2, ayant des angles d'incidence L1 et L2, proviennent d'une surface plane adjacente 2 de l'aéronef et donnent un champ circulaire de vision ayant des rayons interne et externe déterminés par les angles et la distance du système optique à la surface de l'aéronef. (Il n'est pas nécessaire que la surface soit plane, car toute configuration complexe peut être couverte, bien que la zone protégée ne soit pas obli- gatoirement circulaire). Bien qu'il soit représenté sous forme séparée par raison de clarté, il faut noter que le rayon A1 coïncide pratiquement avec la partie du rayon A2 réfléchie par les miroirs M3 et M2. Une partie du rayon A1 est réfléchie par le miroir M3. Comme le détecteur se trouve dans le plan focal de la surface du miroir Ml, les rayons A1 et A2 représentent les rayons extrêmes des fais- ceaux de rayons parallèles aux bords du détecteur. L'angle de ces faisceaux du miroir M1 peut être obtenu pour le rayon principal qui parvient sur le miroir Ml à son sommet. Une fois connue la largeur d du détecteur et les angles extrêmes L1 et L2, il est possible de calculer toutes les autres dimensions et tous les autres angles avec les relations suivantes: tgN1 = 2f/D (1) tgN2 = 2f/(D+2d) (2) Ni + P = 90 - N2 (3) L2 = N2 - 2P (4) L1 = N2 (5) Les largeurs des miroirs M2 et M3 peuvent aussi être calculées à l'aide des équations suivantes. Il faut noter que la largeur du miroir Ml a déjà été calculée comme étant égale à D. Les largeurs calculées sont des dimensions hori- zontales et non les dimensions absolues du miroir M3, et la largeur totale du système optique peut être calculée sim- plement par addition des largeurs des miroirs M1 et M3: M2 = f/tgN1 + f/tgN2 (6) M3 = 4f[1+(2tgP)/(1-2tgP)] (7) On se réfère maintenant à la figure 5 qui est une coupe d'un mode de réalisation préféré, à l'échelle, du système optique du détecteur; on peut noter que le miroir M3 est un miroir annulaire de 37,6 mm de largeur faisant un angle de 11,13 avec le plan horizontal. Le miroir M2 est placé à une distance de 5,7 mm du miroir M3 et a une lar- geur de 15,8 mm. Le miroir M1 est sous forme d'une partie de tore ayant une largeur de 8,9 mm et une section circu- laire. La partie centrale du tore est une partie pleine de 7 mm. Le détecteur D a aussi une largeur de 7 mm et reçoit la lumière réfléchie par le miroir Ml. La totalité de l'ap- pareil est montée sur un boitier de détecteur à 150 mm environ au- dessus d'une surface dont le rayonnement diffusé doit être détecté. Sur la figure 5, les * désignent les surfaces réfléchissantes. Diverses modifications peuvent être apportées aux appareils décrits sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les miroirs Ml, M2 et M3 peuvent être formés aux surfaces externes d'un prisme plein de "Perspex" dont les surfaces externes ont été argentées afin qu'elles forment des surfaces réfléchissantes. Naturellement, les dimensions sont modifiées afin que l'indice de réfraction du "Perspex" soit pris en considération. Comme le "Perspex" ne transmet pas le rayonnement infrarouge, un tel prisme plein peut être formé de germanium lorsque le rayonnement infrarouge doit être transmis. Il n'est pas nécessaire que le miroir M2 soit plan, car il peut donner un certain grandissement. Le miroir M2 peut être remplacé par un dispositif à lentille, comme le miroir M1. Le miroir torique Ml peut avoir une section non circulaire, par exemple hyperbolique ou parabolique. Cepen- dant, une section circulaire est plus facile à fabriquer. Le miroir M1 peut être remplacé par un élément sen- sible en fréquence, par exemple un réseau de diffraction, destiné à sélection la fréquence du rayonnement focalisé sur le détecteur. Dans une variante, l'élément photocapteur peut être segmenté afin que la position d'incidence du rayonnement sur le plan adjacent puisse être déduite de l'analyse de la position du rayonnement sur le détecteur. L'invention concerne essentiellement un détecteur destiné à être utilisé comme détecteur d'un rayonnement diffusé sur des plates-formes militaires ou d'autres plates-formes vulnérables, dans un système de détection et d'avertissement d'un rayonnement laser. Elle peut aussi être mise en oeuvre dans toute application dans laquelle une ou plusieurs impulsions d'un laser parvient d'une zone mais ne peut pas être alignée avec précision sur un petit détecteur, par exemple dans un système de communication ou de liaison de données. Ceci peut se présenter par exemple lorsque des données doivent être transférées par un aéronef survolant une zone de détection à l'aide d'une transmission laser codée. Lorsque l'atmosphère est très trouble, ce détecteur peut être utilisé pour la détection d'un rayon- nement laser passant près du système détecteur mais non directement sur lui et qui est diffusé par les particules en suspension dans l'atmosphère ou un autre fluide. Comme la présente invention concerne un système optique réflé- chissant, elle peut être mise en oeuvre avec le même succès dans un milieu aqueux ou liquide d'un autre type sans dégradation. REVENDICATIONS 1. Détecteur d'un rayonnement diffusé, monté sur une surface ou à proximité d'une telle surface, caractérisé en ce qu'il comporte un système optique formé de miroirs (M1, M2, M3), de lentilles ou de miroirs et de lentilles, et destiné à recevoir la lumière diffusée par une région de la surface et à la diriger sur un photocapteur (D). 2. Détecteur d'un rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend un système à miroirs destiné à délimiter un champ de vision du détecteur et un miroir annulaire, l'an- neau ayant une section courbe permettant la concentration et la focalisation du rayonnement du champ de vision sur un photocapteur (D). 3. Détecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système optique comporte un pre- mier miroir annulaire (M3) faisant un certain angle avec la surface afin qu'il délimite un champ de vision de forme annulaire sur la surface. 4. Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit angle est d'environ 11 et la largeur du miroir est d'environ 100 mm. 5. Détecteur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir plan (M2) des- tiné à renvoyer la lumière réfléchie par le premier miroir annulaire (M3). 6. Détecteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième miroir annulaire (Ml), ayant une section courbe et destiné à concentrer et focaliser la lumière dispersée sur un photocapteur (D). 7. Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le troisième miroir a une section courbe circulaire. 8. Détecteur selon l'une des revendications 6 et 7, dépendant de la revendication 3, caractérisé en ce que le premier miroir annulaire (M3) et le troisième miroir (Ml) sont formés en une seule pièce de matière plastique. (L) [(db-î)/(db)+î;v = E:W (9) ZN6D/J +INI/ = W 01 (s) ZN = TI (rt) dcI - ZN = Z (ú) ZN - o06 = d + IN (î) (Pz+a)/Z = ZN6S (i X) /:z = TN6:; S : (C) P (TI) salueATns suoT:fenbs xne ZuapuodsaezoD annbTido aemrsAs np suoTsuemTp saT anb aD us esTYa.%oDeo 's8Su8p9oD d suoTZ -eDTpueAea sep enbuoDilnb aunT uoTas nes.D; a4 *'6