Brevet FR2748819A2 — publié le 19971121

FR 2748819 A2 19971121 FR 8703111 A 19870306 Détecteur d'angle d'arrivée d'impulsions, en particulier d'impulsions laser. L'invention concerne la détection d'arrivée d'impulsions laser. Le Brevet principal NO 86 18 442 décrit le principe d'un détecteur d'impulsions de rayonnement électromagnétique, en particulier d'impulsions laser, comprenant des moyens capteurs, sensibles à l'orientation du faisceau incident, en gisement et/ou en site, et reliés à des moyens photodétecteurs. Selon ce Brevet principal, les moyens capteurs comprennent au moins un corps de révolution, tel qu'un cylindre, en matériau transparent, et diffusant en volume, pour le rayonnement électromagnétique. Ce corps possède sur sa surface de révolution une fenêtre de capture, et est agencé pour posséder une sensibilité angulaire en gisement et/ou en site. Selon un mode de réalisation décrit au Brevet principal, la sensibilité angulaire est obtenue par le fait que la hauteur de la fenêtre de capture présente une variation monotone, sur toute son étendue, en fonction de l'angle. Ceci a été décrit essentiellement pour la sensibilité en gisement. La sensibilité angulaire en site peut être obtenue en utili sant un cache, placé à l'extérieur du corps, coaxialement à celui-ci, de manière à occulter une partie variable de la fenêtre de capture en fonction de l'angle de site du rayonnement incident. Quoique les modes de réalisation décrits au Brevet principal fonctionnent de manière convenable, la Demanderesse a observé qu'il est possible de faire mieux. La présente invention vient donc apporter des perfectionnements au détecteur d'impulsions précédemment décrit. Selon l'invention, la sensibilité angulaire est obtenue, au moins en partie, par une métallisation interne du corps de révolution, délimitant celui-ci en deux portions sujettes à photodétection sélective. Dans un mode de réalisation, la métallisation interne, plane, est parallèle à l'axe de révolution du corps. Avantageusement, le plan de métallisation passe par l'axe de révolution du corps. En pratique, le corps de révolution peut être réalisé par assemblage de deux parties, par exemple par collage, avec interposition de la métallisation. La métallisation peut aussi être apposée préalablement au collage sur l'une et/ou l'autre des deux parties. Pour la détection, les deux parties du corps sont avantageusement reliées par au moins deux fibres optiques respectives aux moyens photodétecteurs. Ces deux fibres peuvent posséder un temps de transit différent, tout en étant reliées à un organe photodétecteur commun. Selon une variante intéressante de l'invention, le corps possède en outre une métallisation d'extrémité, à l'opposé de sa liaison aux fibres optiques. La fenêtre périphérique de capture peut alors être pratiquement adjacente à cette métallisation d'extrémité. De façon plus évoluée, on accole un second corps au premier, du côté de sa métallisation d'extrémité, ce qui donne une disposition symétrique. L'invention prévoit aussi que l'on dispose deux jeux de fibres optiques, reliées respectivement aux extrémités opposées du corps. Selon un autre aspect de l'invention, un signal de référence peut être obtenu par sommation des signaux reçus dans les deux parties du corps. Enfin, l'invention peut avoir recours aux différentes variantes décrites au Brevet principal pour les autres mesures à l'aide d'au moins un autre corps. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa rairont à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention; - les figures 2A et 2B sont des graphiques relatifs au fonctionnement du dispositif de la figure 1; - la figure 3 illustre schématiquement une variante du dispositif de la figure 1; - la figure 4 illustre schématiquement une autre variante du dispositif de la figure 1; - la figure 5 illustre un perfectionnement de la variante de la figure 4; - la figure 6 illustre un perfectionnement de la variante de la figure 3; - la figure 7 illustre un autre perfectionnement de la variante de la figure 3; et - la figure 8 est un chronogramme relatif au fonctionnement du dispositif de la figure 7. Les dessins annexés comportent des éléments de caractère géométrique et/ou certain. En conséquence, ils pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la description détaillée ci-après, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. Par ailleurs, le contenu descriptif du Brevet principal est à considérer comme incorporé à la présente description, pour servir à mieux faire comprendre les éléments déjà décrits antérieurement, ainsi que les applications de l'invention. Sur la figure 1, un corps C10 est constitué de deux demicylindres en verre spécial (borosilicate), dont la bande de transparence s'étend de 0,3 à 3 micromètres par exemple. Le verre est chargé de fines particules de dioxyde de titane, également appelé rutile, ce qui lui confère une propriété de diffusion lumineuse en volume. Entre les deux demi-cylindres est placé un plan métallisé PM, qui est aussi parfaitement réflecteur que possible pour les longueurs d'onde à détecter. Extérieurement, le cylindre C10 est métallisé sur sa surface cylindrique, sauf en une fenêtre F qui est ici délimitée par deux plans horizontaux. De la sorte, sont définies dans le corps C10 une partie de gauche et une partie de droite. Ces deux parties sont couplées à des fibres optiques respectives FG et FD, aboutissant à un détecteur opto-électronique CF suivi d'un amplificateur logarithmique AL. Le reste de l'exploitation des signaux peut se faire de la manière décrite au Brevet principal. Comme précédemment, la fibre de gauche FG peut être rendue plus longue que la fibre de droite FD, de façon que leurs signaux respectifs arrivent à des instants différents sur le détecteur CF et l'amplificateur AL, de la manière illustrée sur la figure 2A. Le décalage temporel est égal à la différence entre les longueurs des fibres divisée par la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques. Les quantités de lumière respectivement diffusées à l'intérieur des deux moitiés du corps C10 dépendent de l'angle de gisement que présente le faisceau laser incident LI. Lorsque ce faisceau arrive par la droite perpendiculairement au plan PM, la fibre de droite FD percevra un signal intense, alors que la fibre de gauche FG ne percevra aucun signal diffusé en volume à l'intérieur du corps ClO,dans sa partie gauche. La situation est inversée lorsque la lumière incidente arrive perpendiculairement au plan PM par la gauche. Dans les situations intermédiaires, la proportion des signaux respectivement perçus par les fibres FG et FD est liée à l'angle de gisement du faisceau lumineux incident LI. La comparaison des signaux lumineux captés, après transformation sous forme électrique, permet donc de déterminer l'angle de gisement. La figure 2B illustre la sensibilité du système à l'angle de site. Pour des sites négatifs, compte tenu de la verticale du corps sur la figure 1, une quantité de lumière importante va vers les fibres optiques, car la direction de la lumière possède une composante orientée vers les fibres optiques. Au contraire, pour les sites positifs, la lumière se dirige vers le fond ou bas du corps C10. Une proportion de lumière plus faible sera donc acheminée vers les fibres optiques. I1 est envisageable d'utiliser cela pour obtenir une information grossière de site, tout en conservant la sensibilité au gisement, car celle-ci ne dépend que du rapport entre les intensités lumineuses perçues par les deux moitiés du corps C10, et non de leurs valeurs absolues. Cependant, pour de nombreuses applications, cette dissymétrie en site est gênante, dans la mesure où elle diminue la sensibilité de mesure de l'angle de gisement pour les angles de site positifs, dès lors que les fibres sont disposées sur la partie supérieure du barreau cylindrique. La figure 3 illustre une première manière de diminuer cette dissymétrie. Au lieu d'être disposée en partie intermédiaire du corps de révolution C10, comme sur la figure 1, la fenêtre F est ici sensiblement adjacente au bas de ce corps, lequel est muni d'un plan de métallisation PB. Les faisceaux incidents avec un angle de site positif sont alors réfléchis sur ce plan PB, ce qui les ramène vers les fibres optiques supérieures avec pratiquement la même transmissivité que pour les angles de site négatifs. Une autre façon de procéder est illustrée sur la figure 4 la fenêtre F conserve ici sa position intermédiaire dans le corps C10. On prévoit par contre deux jeux de fibres optiques, les fibres du haut ayant le suffixe H et celles du bas le suffixe B. Un mélangeur-additionneur MD effectue la somme des signaux perçus par les fibres de droite, et un autre mélangeur MG fait de même avec les fibres de gauche. On obtient ainsi finalement des signaux SD et SG dont la dépendance en site est pratiquement nulle. Les mélangeurs MD et MG peuvent opérer soit dans la partie optique du système, soit dans sa partie électrique. Comme au Brevet principal, il y a de nombreuses variantes envisageables pour le traitement du signal, à partir du moment où il a été capté dans le corps tel que C10. On peut également prévoir différents types de corps, l'un orienté pour la mesure de gisement et l'autre pour la mesure de site, en conservant le troisième corps de référence décrit au Brevet principal. Plus précisément, on peut remplacer au moins l'un des corps sensible à l'angle du Brevet principal par le corps selon la présente Addition. Au niveau du traitement, le traitement peut s'effectuer de façon parallèle, c' est-à-dire avec des voies séparées pour chaque fibre, ou au contraire de façon série, avec des organes détecteurs communs, à condition que les fibres soient de différentes longueurs pour fournir leurs signaux à des instants décalés. Dans ce dernier cas, on rencontre une difficulté, car l'affaiblissement du signal dans les fibres est proportionnel à la distance, et de plus cet affaiblissement varie en fonction de la longueur d'onde. La figure 5 illustre une manière de s'affranchir de ce problème, en ce qui concerne l'affaiblissement en fonction de la longueur des fibres. La moitié gauche du corps C10 est équipée en partie supérieure de deux fibres FG1 et FG2. I1 est fait de même pour sa moitié droite avec deux fibres FD1 et FD2. Un mélangeur optique MS réalise la sommation des signaux des deux fibres FD1 et FG1. En aval, la fibre FG1 est allongée d'une longueur Q. Pour sa part, la fibre FD2 est allongée d'une longueur 2Q, et la fibre FG2 est allongée d'une longueur 3Q. Comme illustré sur la figure 8, les signaux des quatre fibres arrivent au capteur CF en succession temporelle, séparées par un intervalle de temps égal au quotient de l'incrément de longueur Z par la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques. La comparaison des deux premières impulsions permet de mesurer l'affaiblissement du signal sur l'incrément de longueur Q. En comparant les deux dernières impulsions, on obtient un signal entaché d'une erreur, ce signal étant diminué de l'affaiblissement sur l'incrément de longueur Z , remarque étant faite que ces signaux sont logarithmiques, de même que l'affaiblissement. L'addition des deux mesures issues de ces deux comparaisons fournit bien le logarithme du rapport entre les signaux obtenus dans les parties droite et gauche du corps C10. Le mode de réalisation de la figure 6 fait de même, mais dans le cas du corps de la figure 4. Pour rapprocher le traitement de la figure 6 de celui de la figure 5, il suffit d'observer que le mélangeur MS fournit un signal somme, tandis que les mélangeurs MG et MD fournissent deux soussommes respectivement relatives à la partie droite et à la partie gauche du corps C10. Une autre variante est illustrée sur la figure 7. Au cylindre de la figure 3, avec l'extrémité inférieure métallisée, on colle en dessous un cylindre de même diamètre, mais dépourvu de plan diamétral métallisé. Le corps C15 réalise alors deux fonctions puisqu'il possède en haut une fenêtre de signal FS, et en bas une fenêtre de référence FR. Le signal dû au faisceau incident entrant par la fenêtre de référence FR possède une puissance lumineuse indépendante de l'angle de gisement. Après diffraction à l'intérieur du volume diffusant du corps, cette puissance lumineuse est recueillie par la fibre R, laquelle alimente un diviseur DF, qui la décompose en deux fibres R1 et R2, -la première étant plus longue que la seconde d'un incrément de longueur Q. Les deux fibres supérieures FD et FG ont respectivement des incréments de longueur 2 Z et 3 Q. On retrouve alors, dans le temps, des signaux conformes à la figure 8, mais avec une définition différente de ce qu'on a vu à propos de la figure 5. I1 n'en reste pas moins que l'affaiblissement dû à l'incrément de longueur Z peut être déterminé, pour la longueur d'onde incidente considérée. On peut donc alors, comme précédemment, corriger le signal utile issu des fibres FG et FD, avant son traitement par l'amplificateur logarithmique. Les traitements en aval de l'amplificateur logarithmique sont les mêmes qu'au Brevet principal. I1 a été relevé plus haut que l'affaiblissement dans les fibres varie aussi en fonction de la longueur d'onde laser incidente. Or, dans les modes de réalisation des figures 5 à 7, on dispose d'une mesure de l'atténuation qui est rapportée à l'incrément de longueur R , connu. De cette mesure d'atténuation, on peut déduire la longueur d'onde. D'éventuelles ambiguïtés peuvent être éliminées car on connut les plages de longueurs d'onde usuelles des lasers concernés. Revendications. 1. Détecteur selon l'une des revendications du Brevet principal, comprenant des moyens capteurs (MC) sensibles à lto- rientation du faisceau incident, en gisement et/ou en site, et reliés à des moyens photodétecteurs (MD), dans lequel les moyens capteurs comprennent au moins un corps de révolution (C1), tel qu'un cylindre, en matériau transparent, et diffusant en volume, pour le rayonnement électromagnétique, possédant sur sa surface de révolution une fenêtre de capture, et agencé pour posséder ladite sensibilité en gisement et/ou en site, caractérisé en ce que cette sensibilité est obtenue, au moins en partie, par une métallisation interne du corps de révolution, délimitant celui-ci en deux parties sujettes à photodétection sélective. 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la métallisation interne, plane, est parallèle à l'axe de révolution du corps. 3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le plan de métallisation passe par l'axe de révolution du corps (C1). 4. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps de révolution est obtenu par assemblage de deux parties avec interposition de la métallisation. 5. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux parties du corps sont reliées par deux fibres optiques aux moyens photodétecteurs. 6. Détecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux fibres possèdent un temps de transit différent, et sont reliées à un organe photodétecteur commun. 7. Détecteur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les deux parties du corps sont reliées aussi par deux autres fibres aux moyens photodétecteurs, les différences de longueur entre ces autres fibres et les premières, connues, de préférence multiples d'un incrément de longueur donné, permettant de compenser l'affaiblissement des signaux en fonction de la longueur des fibres. 8. Détecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens photodétecteurs sont également agencés pour évaluer la longueur d'onde du signal incident, à partir des différences d'atténuation entre lesdites autres fibres optiques et les premières. 9. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps possède en outre une métallisation d'extrémité, à l'opposé de sa liaison aux fibres optiques. 10. Détecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fenêtre périphérique de capture est sensiblement adjacente à cette métallisation d'extrémité. 11. Détecteur selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'un second corps est accollé au premier, du côté de sa métallisation d'extrémité. 12. Détecteur selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que sont prévus deux jeux de fibres optiques reliés respectivement aux extrémités opposées du corps. 13. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un signal de référence de niveau est obtenu par sommation des signaux reçus dans les deux parties du corps. 14. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins un autre corps, pour une mesure sensible à l'autre des angles de gisement et de site.