Brevet FR2753277A1 — publié le 19980313

La présente invention concerne un procédé de calibration d'un banc de mesure de surfaces équivalentes laser. Elle s'applique notamment pour la mesure en laboratoire de la surface équivalente laser de tous types d'équipements par exemples optiques et optroniques. Un équipement éclairé par un faisceau laser réemet une énergie. Afin de quantifier le niveau de réflectivité des équipements, notamment optiques, une grandeur physique a été définie. Cette grandeur est la surface équivalente laser notée SEL par la suite. Elle est exprimée en m2. Cette grandeur est l'analogue dans le domaine des rayonnements laser de la surface équivalente radar connue dans le domaine des rayonnements radar. La SEL correspond par définition, à la surface apparente d'une sphère parfaitement réfléchissante qui renverrait la même intensité que l'équipement à éclairer, et cela pour un même éclairement incident. La SEL dépend notamment de la forme et de la taille de l'équipement, mais aussi de ses propriétés optiques telles que par exemple la diffusion ou la réflectivité. Elle dépend également notamment des angles d'incidence de l'illumination et de l'observation. La surface équivalente laser SEL d'un objet est donnée par la relation suivante: SEL=4r E où - I est l'intensité réfléchie par l'objet, I est exprimé en Watts par stéradian - E est l'éclairement de l'objet, E est exprimée en Watts par m2. 4r étant une grandeur homogène à un stéradian, il apparaît bien que la SEL est homogène à un m2 Par définition, I'éclairement E se propage selon une onde plane, uniforme et d'amplitude stable. Par définition aussi, I'intensité réfléchie I est mesurée à l'infini. Ce dernier point pose notamment des problèmes de mesures. En effet, une mesure de l'intensité réfléchie à I'infini nécessite pratiquement de se positionner très loin de l'objet, à plusieurs kilomètres , 20 kilomètres par exemple. Une telle distance rend la mesure complexe et coûteuse à mettre en oeuvre. Par ailleurs, la mesure peut être faussée du fait notamment des turbulences atmosphériques. Une correction de la mesure peut être effectuée, mais au prix encore d'une complexité et d'un coût accrus. Pour des raisons pratiques, d'efficacité et d'économie, il est donc nécessaire d'utiliser un banc de mesure, notamment en laboratoire. Ce banc de mesure comporte par exemple au moins des moyens pour éclairer l'objet à mesurer et un système de focalisation sur un capteur pour mesurer le rayonnement réfléchi par l'objet. Une mesure en laboratoire, si elle permet de s'affranchir des problèmes de distances précités, souffre en revanche d'autres problèmes, notamment de calibration du banc de mesure. Un problème de calibration est notamment lié à la reconnaissance d'une SEL monostatique d'une SEL bistatique. Pour caractériser un objet, il est en effet utile de mesurer plusieurs types de SEL. Trois types de SEL peuvent par exemple être mesurés: - une SEL monostatique est mesurée lorsque le capteur de mesure de l'intensité réfléchie I par l'objet est positionné au même endroit que la source d'émission origine de l'éclairement E. - une SEL bistatique est mesurée lorsque le capteur de mesure de l'intensité réfléchie I par l'objet n'est pas positionné au même endroit que la source origine de l'éclairement E. - une SEL dynamique est une mesure fonction du temps. Pour savoir comment l'énergie réfléchie est répartie dans l'espace, il est nécessaire de connaître le point de départ de l'éclairement avec précision, donc de savoir reconnaître la SEL monostatique. Sur une longue distance, il est aisé de confondre, vis-à-vis de la distance de la source à l'objet, la position de la source d'éclairement et la position du capteur de mesure d'intensité réfléchie. En laboratoire ce n'est plus le cas. II est notamment nécessaire de pouvoir calibrer le banc de mesure afin de réaliser une mesure de la SEL monostatique de l'objet. Les réglages étant très fins, une calibration doit par ailleurs pouvoir être effectuée, si nécessaire, avant chaque mesure. Le but de l'invention est de permettre la calibration d'un banc de mesure d'une SEL de façon à ce qu'une mesure de SEL monostatique puisse être effectuée avec certitude. Pour cela, I'objet de la mesure est notamment remplacé par un coin de cube réfléchissant pendant la phase de calibration du banc. Plus précisément, I'invention a pour objet un procédé de calibration d'un banc de mesure de la surface équivalente laser d'un objet, caractérisé en ce que, le banc comportant des moyens de focalisation du rayonnement réfléchi par l'objet sur des moyens de mesure, il consiste au moins: - dans une première étape à remplacer l'objet par un coin de cube réfléchissant, - dans une deuxième étape à éclairer ce coin de cube , le rayonnement réfléchi formant au foyer des moyens de focalisation une tache d'Airy, - dans une troisième étape à régler la position des moyens de mesure par rapport à l'intensité maximum de la tache d'Airy. L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet d'effectuer une calibration, qu'elle s'adapte à un grand nombre de types d'objets, qu'elle est simple à mettre en oeuvre et qu'elle est économique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard de dessins annexés qui représentent: - la figure 1, une illustration du concept de surface équivalente laser, - la figure 2, un exemple de banc de mesure d'une surface équivalente laser, - la figure 3, une illustration d'un exemple de successions d'étapes du procédé selon l'invention, -la figure 4, un exemple de mise en oeuvre du procédé selon I'invention, - la figure 5, une représentation de la répartition dans un plan afocal de l'intensité d'une tache d'Airy créée au foyer de moyens de focalisation d'un rayonnement réfléchi par un coin de cube. La figure 1 illustre le concept de surface équivalente laser . Une sphère 1 parfaitement réfléchissante est éclairée par un rayonnement E pian. Ce rayonnement E éclaire une surface 2 de la sphère 1. Cette surface éclairée 2 réemet un rayonnement 1 supposé uniforme, c'est-à-dire d'intensité indépendante de sa direction. Un objet éclairé par le même rayonnement E et réémettant le même rayonnement I aurait une surface équivalente laser: I, SEL = 4?ré égale à la surface éclairée 2 de la sphère 1. E Selon l'objet, la SEL peut varier par exemple de quelques mètres carrés à plusieurs millions de mètres carrés. La figure 2 présente un exemple de réalisation d'un banc de mesure. Celui-ci comprend par exemple une source laser 21 émettant un faisceau laser 22. Des moyens d'expansion 23 élargissent ce faisceau laser 22 pour en constituer sensiblement une onde éclairante 24 plane, uniforme et d'amplitude stable. Le faisceau élargi 24 traverse une lame semiréfléchissante 25 puis éclaire l'objet 26 dont une SEL est à mesurer. L'objet 26 réemet un rayonnement qui se réfléchit sur la lame semiréfléchissante 25 pour se focaliser sur des moyens de mesure de l'intensité du rayonnement réfléchi I. Les moyens de focalisation de l'intensité réfléchie I par l'objet 26 sont par exemple constitués d'une lentille 27. Les moyens de mesure de cette intensité I sont par exemple constitués d'un trou de filtrage 28 associé à un capteur 29. La mesure de l'intensité I est effectuée au foyer des moyens de focalisation 27. A cet effet, le trou de filtrage 28 est par exemple situé à ce foyer. A ce foyer une tache géométrique est créée. Cette tache est l'image du rayonnement réfléchi par l'objet 26 à l'infini. La mesure de l'intensité de cette tache permet de mesurer l'intensité du rayonnement par l'objet 26. Cependant, le trou de filtrage 28 réalise un échantillon de cette tache. Un problème est de savoir comment positionner le trou de filtrage, c'est-à-dire en fait le capteur de mesure d'intensité réfléchie, pour que l'échantillon d'intensité de la tache corresponde à une mesure de SEL monostatique. Par voie de conséquence, une fois la mesure de SEL monostatique repérée, les mesures de SEL bistatique le seront aussi. Le procédé de calibrage selon l'invention permet notamment de résoudre ce problème. La figure 3 représente un exemple de succession d'étapes pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans une première étape 31,1'objet de mesure 26 est remplacé par un coin de cube réfléchissant 41 comme l'illustre la figure 4. Sur cette figure, seulement deux des trois côtés du coin de cube sont représentés, celui-ci étant vu en coupe. La réflexion se fait à l'intérieur du coin du cube. Avantageusement, il s'agit d'un coin de cube catoptrique multi-spectral, c'est à dire réfléchissant toutes les longueurs d'onde. Dans une deuxième étape 32 du procédé, le coin de cube 41 est éclairé. Le rayonnement réfléchi par le coin de cube est parfaitement parallèle au faisceau d'éclairement incident. La tache géométrique créée au foyer des moyens de focalisation 27 est une tache d'Airy dont le sommet coïncide avec la position monostatique de la SEL. La figure 5 illustre cette tache d'Airy. Cette figure 5 représente en fait l'intensité 51 de la tache d'Airy dans un plan afocal par rapport à la position des points de cette tache dans le plan focal 52. L'intensité de la tache d'Airy présente un maximum 53. Le procédé selon l'invention comporte au moins une troisième étape 33 pour régler la position des moyens de mesure par rapport au maximum d'intensité de la tache d'Airy, une mesure de ce maximum d'intensité correspondant à la mesure de la SEL monostatique du coin de cube 41. Ainsi par exemple pour effectuer la mesure de la SEL monostatique d'un objet, le banc de mesure est préalablement calibré selon l'invention. Pour cette calibration, la position des moyens de mesure d'intensité est réglée de façon à mesurer le maximum d'intensité de la tache d'Airy créée au foyer des moyens de focalisation du rayonnement réfléchi par le coin de cube 41. La position des moyens de mesure étant ainsi réglée, la mesure d'intensité effectuée relativement à l'objet correspond à la SEL monostatique de ce dernier. La mesure est effectuée sur la tache créée au foyer des moyens de focalisation par le rayonnement réfléchi par l'objet. Pour une mesure d'une SEL bi-statique de cet objet, il suffit par exemple de changer la position des moyens de mesure. La figure 5 illustre par ailleurs un mode de mesure de la SEL monostatique du coin de cube 41. Les moyens de mesure sont par exemple constitués du trou de filtrage 28 précité et d'un capteur associé 29 qui est par exemple avantageusement constitué d'une seule cellule de détection. Contrairement à un capteur multi-ceilulaire, ce capteur reçoit tout le flux, un meilleur rapport signal sur bruit est ainsi obtenu. Cela permet notamment une optimisation de la détection par rapport au trou de filtrage. Le trou de filtrage 28 est déplacé de façon à le faire coïncider avec le sommet 53 de l'intensité de la tache d'Airy. L'intensité est par exemple mesurée indirectement par la mesure du flux au travers du trou de filtrage 28. Le flux, noté AO, étant mesuré dans un angle solide AQ, I'intensité I est donnée par la relation suivante: (2) ## Pour une mesure de la SEL, le réglage de la position du trou de filtrage 28 se fait donc par rapport au flux maximum. Avantageusement, des trous de filtrage 28 de différents diamètres peuvent être utilisés, en fonction de la répartition de la tache d'Airy. Si l'objet de mesure est aberrant, la tache d'Airy peut devenir très grande, et donc trop grande par rapport à un trou de filtrage donné. Il faut alors augmenter le trou de filtrage. Tant qu'un maximum de flux peut être détecté par un trou de filtrage, celui-ci n'est pas changé. Pour valider la mesure, on utilise par exemple un trou de filtrage ayant une surface N fois inférieure à la tache d'Airy. Un autre avantage du procédé selon l'invention réside notamment dans le fait que le coin de cube 41 peut être pris comme une référence de calibration. En effet, la SEL du coin de cube 41 est connue a priori. Elle peut donc servir de référence pour déterminer la SEL d'autres objets, tout simplement en multipliant la SEL du coin du cube par un facteur d'échelle, ce facteur d'échelle étant un rapport de mesures ou même un rapport de flux. Ainsi, pour un objet donné, la SEL peut être donnée par la relation suivante: SEL= SELc SELc (3) ### où - A est le flux à travers le trou de filtrage 28 correspondant à une tache créée au foyer des moyens de focalisation par le rayonnement réémis par l'objet de mesure. - A&commat;c est le flux à travers ce même trou de filtrage 28, et notamment dans la même position, correspondant à la tache d'Airy créée par le rayonnement réfléchi du coin de cube 41. SEL, est la surface équivalente laser de ce coin de cube 41. Le facteur d'échelle précité est donc dans ce cas égal au rapport des flux A c Le facteur d'échelle peut encore être donné par le rapport suivant Illc où - I est l'intensité mesurée pour l'objet, - Ic est l'intensité mesurée pour le coin de cube. Dans les deux mesures, les moyens de mesures sont positionnés de façon identique. Les intensités I et Ic peuvent correspondre aussi bien à une SEL monostatique qu'à une SEL bi-statique. Le positionnement des moyens de mesure par le procédé selon l'invention permet de reconnaître les deux types de SEL. Un avantage supplémentaire de l'invention est aussi relatif à l'utilisation du coin de cube réfléchissant 41. En effet, les mesures sont peu sensibles à la position et notamment à l'orientation du coin de cube 41 pourvu que son intérieur reste éclairé par le rayonnement incident. Cela en fait un outil de référence de grande validité pour la calibration et contribue de plus à accroître la simplicité de mise en oeuvre du procédé de calibration selon l'invention. Comme l'illustre la figure 4, une pupille 42 ferme par exemple le coin de cube 41. Il s'agit par exemple d'un trou circulaire parfaitement centré sur le coin de cube. Un pinceau de faisceau circulaire sort alors à travers la pupille 42 et peut être aisément focalisé par les moyens de focalisation 27. REVENDICATIONS I Procédé de calibration d'un banc de mesure de la surface équivalente laser d'un objet (26), caractérisé en ce que, le banc comportant des moyens de focalisation (25,27) du rayonnement réfléchi par l'objet (26) sur des moyens de mesure (28,29), il consiste au moins: - dans une première étape (31) à remplacer l'objet (26) par un coin de cube réfléchissant (41). - dans une deuxième étape (32) à éclairer ce coin de cube (41), le rayonnement réfléchi formant au foyer des moyens de focalisation (25,27) une tache d'Airy, - dans une troisième étape (33) à régler la position des moyens de mesure (28,29) par rapport à l'intensité maximum (53) de la tache d'Airy. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour mesurer une surface équivalente laser monostatique, les moyens de mesure sont positionnés de façon à mesurer l'intensité maximum de la tache d'Airy. 3- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisé en ce que les moyens de mesure comportant un trou de filtrage (28) situé au foyer des moyens de focalisation et un capteur (29), la position du trou de filtrage (28) est réglée par rapport au maximum d'intensité de la tache d'Airy, le capteur (29) déterminant le flux transmis à travers le trou de filtrage (28). 4- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la dimension du trou de filtrage (28) utilisée est fonction de la répartition de l'intensité de la tache d'Airy, un trou de filtrage (28) étant utilisé tant qu'il permet de détecter le maximum d'intensité de la tache d'Airy. 5- Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'une mesure d'intensité est validée si la dimension du trou de filtrage est au moins N fois inférieure à la dimension de la tache d'Airy. 6- Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le capteur (29) est monocellulaire. 7- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface équivalente laser (SEL,) du coin de cube (41) étant déterminée, la mesure de la surface équivalente laser de l'objet est obtenue en multipliant la surface équivalente laser (SELC ) du coin de cube (41) par un facteur d'échelle constitué du rapport de la mesure effectuée par les moyens de mesure (28,29) relativement à l'objet sur la mesure effectuée par ces mêmes moyens (28,29) et dans la même position, relativement au coin de cube (41). 8- Procédé selon la revendication 7 et l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le facteur d'échelle est constitué du rapport du flux transmis à travers le trou de filtrage (28) relativement à l'objet sur le flux transmis à travers le trou de filtrage (28) dans la même position, relativement au coin de cube. 9- Procédé selon l'une quelconque de revendications précédentes, caractérisé en ce que le coin de cube (41) est fermé par une pupille (42).