Brevet FR2821198A1 — publié le 20020823

SYSTEME DE VISUALISATION DANS L'ESPACE D'UNE TRAJECTOIRE ENTRE AU MOINS UN EMETTEUR ET UN RECEPTEUR, L'UN OU L'AUTRE ETANT MOBILE. La présente invention a pour objet un système de visualisation dans l'espace d'une trajectoire entre au moins un émetteur et un récepteur, l'un ou l'autre étant mobile. Le système selon l'invention vise à permettre la visualisation dans l'espace de ! a trajectoire sur une grande distance. L'utilisation de faisceaux lumineux pour le guidage est connue : feux fixes ou phare ou balise vers lesquels se dirige le pilote d'un aéronef ou d'un navire. De même, il est connu pour guider les pilotes de navire et leur permettre de pénétrer dans les passes ou entre les feux vert et rouge de délimitation de ces passes, de diriger un rayon lumineux ou de disposer une source lumineuse qui n'est visible que lorsque le navire suit un cap convenable centré sur les feux vert et rouge qui sont eux-mêmes, en raison de leur faible hauteur sur l'eau et de l'environnement lumineux comme les feux de circulation, publicité lumineuse difficile à discerner sauf à faible distance. Ce dispositif n'est adapté qu'à délimiter une droite suivant un cap. Il est aussi connu pour relier un point à un autre dans l'espace, d'utiliser des faisceaux lumineux et de manière plus perfectionnée, des faisceaux de lumière laser qui matérialisent l'espace entre deux points, en utilisant préférentiellement la diffusion et la réflexion de la lumière par les éléments en suspension dans les milieux de propagation. Le brevet US 5 923 243 propose l'émission d'un rayon laser à partir du toit d'un véhicule vers l'arrière suivant un plan incliné, l'objectif étant de donner à un véhicule suiveur une indication de distance de sécurité à respecter. Le brevet US 5 287 104 vise à partir d'un porte avion à émettre un faisceau divergeant de rayon laser depuis un point de la piste pour guider les aéronefs lors de l'appontage. Le problème posé est celui d'obtenir une visualisation sûre du faisceau lumineux quelles que soient les circonstances et notamment indépendamment des conditions atmosphériques ou des conditions climatologiques ou des conditions inhérentes au milieu d'utilisation. Ces systèmes connus visent également généralement à matérialiser une droite. Ils sont plus ou moins bien adaptés au guidage en espace libre, dans l'air ou sur l'eau mais ne sont pas adaptés au guidage au sol par exemple pour matérialiser par temps de pluie ou de mauvaise visibilité, en cas de brouillard par exemple, le tracé d'une route ou d'une autoroute qui aura nécessairement des droites et des courbes à rayon plus ou moins prononcé. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un système adaptable au tracé du parcours et visible en tout temps et toutes conditions d'utilisation. A cet effet, le système de visualisation dans l'espace d'une trajectoire entre au moins un émetteur et un récepteur l'un ou l'autre étant mobile, se caractérise essentiellement en ce que la visualisation de la trajectoire est obtenue par émission d'un ou plusieurs faisceaux lumineux de lumière laser à partir d'au moins un émetteur protégé, ledit émetteur pouvant émettre sur une ou plusieurs longueurs d'ondes ou plages de longueurs d'ondes et suivant plusieurs modes d'émission. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le ou les émetteurs sont protégés par des moyens mécaniques disposés axialement à l'émission. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après de formes de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins joints dans lesquels : - la figure 1 est une vue en éclaté d'un émetteur de lumière laser selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle de l'émetteur selon la figure 1 ; - la figure 3 est une vue d'un synoptique dés l'utilisation de commande ; - la figure 4 représente un mode de guidage pour aéronef en l'air et sur piste au sol. En figure 1 est représenté un émetteur de rayon lumineux laser selon l'invention. Cet émetteur comporte un corps tubulaire cylindrique 1 qui reçoit à une extrémité un filtre 2 de retenue de particules en suspension dans l'air aspiré. En aval du filtre est monté un ventilateur 3 qui aspire l'air à travers le filtre et le pulse vers l'avant. Le ventilateur 3 est monté dans un boîtier 4 qui se loge dans le tube 1. Axialement au tube et en aval du ventilateur est monté sur un support 5 le laser 6 avec son alimentation 7 en énergie électrique et son alimentation 8 en gaz dotée d'une résistance chauffante 9. Le laser est logé dans un canon tubulaire 10 interne au tube 1 doté en aval successivement de capteurs de référence 11 par exemple de température ou d'hygrométrie ou autre, d'au moins un obturateur 12 et de chicanes 13. L'obturateur et la ou les chicanes sont dotées d'un perçage 14,15 central aligné avec l'axe du laser. Le canon 9 est calé en position par un ou plusieurs entretoises 13. A son extrémité avant, le tube est obturé par un capot ou par une paroi transversale 16, elle-même dotée d'un perçage axial 17 aligné avec le laser et le perçage de l'obturateur et des chicanes. Le ventilateur 3, lors de son fonctionnement, a pour but de mettre le volume interne du tube 1 en surpression, l'air étant évacué par l'orifice de la paroi 14, cette surpression s'opposant à la pénétration soit de particules, soit d'eau. Les capteurs 11 sont reliés à un asservissement électronique pour réguler le fonctionnement de l'émetteur laser 6 en fonction des conditions détectées de température ou d'hygrométrie par exemple. L'obturateur 12 est commandé de manière connue en ouverture ou fermeture en sorte de protéger l'accès à la tête d'émission du laser 6, lorsqu'il n'est pas en fonctionnement ; auquel cas, l'obturateur est en position de fermeture de l'orifice de passage du rayon et inversement dans le cas de mise en fonction. La figure 2 montre une vue en éclaté de l'émetteur laser. Celui-ci comprend d'amont en aval le ventilateur 3 et un radiateur, une diode de pompe 18, une lentille de collimation 19 focalisant le rayon de pompe référencé 20, un premier cristal laser 21 et un deuxième cristal doubleur 22, ces éléments étant dans l'axe du rayon émis. Entre le premier cristal laser 21 et le deuxième cristal doubleur 22 est monté un système obturateur mobile. Ce système comprend un premier disque rotatif 23 transversal au rayon doté de perçages circulaires 24 régulièrement espacés en périphérie et un deuxième disque 25 transversal au rayon doté de perçages circulaires 26 régulièrement espacés en périphérie. Les disques sont rotatifs, soit dans le même sens, soit au sens contraire à une même vitesse ou à des vitesses différentes. Le pas d'espacement de centre en centre des perçages 24 et 26 de chacun des disques est identique. Les perçages 24 du premier disque 22 sont de diamètre supérieur à celui des perçages 26 du deuxième et dernier disque 25. Les disques 23,25 sont chacun entraînés en rotation par un organe d'asservissement 27 qui est un codeur. La vitesse de rotation des disques 23,25 peut être identique pour chaque disque ou variable de l'un à l'autre. Les disques 23,25 sont sécants l'un sur l'autre en recouvrement transversalement au rayon F laser. Les perçages 24,26 des disques se recouvrent sur l'axe du rayon matérialisé par la flèche F. Ces dispositions font que le plus grand diamètre de passage du rayon entre les orifices 24,26 des disques 25,23 en superposition parallèles et transversalement au rayon F est nécessairement celui du plus petit diamètre de perçage 26 lorsque comme représenté en figure 2, les deux perçages 24,26 sont concentriques. Le croisement des perçages permet de faire varier la largeur d'impulsion du rayon et la vitesse de rotation des disques permet de faire varier la fréquence des impulsions. La figure 3 est une vue schématique des organes de l'installation et de leurs liaisons. Une alimentation générale 28 reliée à une électronique de commande 29 alimente le tube émetteur laser en relation 31 avec un compresseur 30. L'électronique 29 est pilotée par un système de commande 32 ou de télécommande qui peut être un système émetteur récepteur. Les systèmes de capteurs référencés génériquement par 33 et qui peuvent être des capteurs de lumière ou de luminosité, de température, d'hygrométrie,, de poussières ou de brouillard et plus généralement de toute perturbation atmosphérique par rapport à un ou des seuils de référence est reliée à l'électronique de commande, laquelle intervient sur le laser et ses organes pour réguler le rayon émis. Le système laser tel que décrit incorpore des systèmes de protection qui sont liés à la surpression générée par le ventilateur ou par un circuit d'air ou de gaz comprimé dans l'enceinte d'émission qui fait obstacle à la pénétration des poussières et corps étrangers ainsi qu'à l'humidité en sorte que le fonctionnement de l'émetteur laser ne soit pas perturbé par les conditions extérieures. Le système émetteur laser selon l'invention, un ou plusieurs émetteurs pouvant être associés, peut émettre un faisceau laser sur une ou plusieurs longueurs d'ondes ou sur une plage de longueurs d'ondes, l'option de l'un à l'autre pouvant être réglé à volonté par l'électronique de commande en fonction des modalités extérieures notamment, telles que les conditions climatiques extérieures par exemple. L'émetteur laser selon l'invention peut dans chacune des longueurs d'ondes possibles obtenir un fonctionnement suivant plusieurs modes d'émission : - en continu ; - en discontinu, modulé par intervention régulée par l'électronique de commande sur la diode. L'émetteur selon l'invention peut également fonctionner en mode Qswitch par intervention des disques obturateurs 23,25. La figure 4 représente une application de l'invention au guidage dans l'espace et au sol des aéronefs. Dans ce cas de figure sont disposés deux émetteurs laser 34 en bout de piste avec rayons parallèles 35 suivant un angle par exemple de 230 par rapport au sol que suivra l'aéronef. Des émetteurs 36 avec rayons parallèles et horizontaux 37 peuvent être disposés sur la piste 38. L'alimentation en énergie électrique peut être fournie de manière connue par des cellules photovoltaïques 39. La visualisation de la trajectoire par le dispositif selon l'invention peut se faire sous toutes les longueurs d'ondes adaptées, visibles et/ou infrarouges, soit dans l'axe de la trajectoire, soit de part et d'autre de cet axe, soit suivant toute autre localisation souhaitable. Le système peut être à poste fixe ou sur des ensembles mobiles. Le chemin de chaque rayon laser peut être une ligne continue, brisée ou constituée de lignes sécantes, ou de lignes courbes avec des fibres optiques ou des plans générés par scanerisation ou par balayage. Le chemin des rayons peut être commandé par tout moyen à commande manuelle ou automatique depuis des lieux autorisés, comme sur un moyen de transport utilisant le guidage ou un endroit fixe, comme par exemple un centre de contrôle et de commande. Les directions de chaque rayon ou portion de rayon peuvent être modifiées par des dispositifs optiques, mécaniques, électriques ou tout autre moyen physique. Les dispositifs d'émission et de renvoi et de visualisation du rayon seront équipés de tous dispositifs pour éviter la pénétration de vapeur, poussières, humidité, pluie, sable, insectes et tout autre inconvénient pouvant perturber son bon fonctionnement. Le système est capable d'émettre de la lumière laser sur une ou plusieurs longueurs d'ondes ou une plage de longueurs d'onde. Dans une réalisation particulière, le système peut émettre le rayonnement sur plusieurs modes, comme le mode d'émission continue, le mode pulsé ou le mode Qswitch avec une fréquence de répétition variable. Ces modes de fonctionnement du laser constituent une nouveauté car ils permettent d'adapter les caractéristiques du rayon émis aux conditions météorologiques. Par exemple, une personne ne voit pas le rayon en mode continu à une distance de plusieurs kilomètres dans le brouillard moyen mais pourra le voir en mode Qswitch car le faisceau passera plus facilement l'obstacle dans ce mode du fait que l'intensité lumineuse instantanée est multipliée par un facteur 10 000 ou plus. REVENDICATIONS : 1. Système de visualisation dans l'espace d'une trajectoire entre au moins un émetteur et un récepteur, l'un ou l'autre étant mobile, la trajectoire étant matérialisée par un ou plusieurs rayons de lumière laser formant un ou plusieurs faisceaux à partir d'au moins un émetteur, caractérisé en ce que ledit émetteur est protégé en sorte que son fonctionnement ne soit pas altéré par les conditions extérieures, pluie, brouillard, poussière, que ledit émetteur peut émettre suivant une ou plusieurs longueurs d'ondes ou plages de longueur d'ondes et suivant plusieurs modes d'émission continue, modulée et Qswitch. 2. Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'émetteur est capable d'émettre suivant une ou plusieurs longueurs d'ondes ou plages de longueurs d'ondes et suivant plusieurs modes d'émission en fonction des conditions de l'environnement extérieur. 3. Système de visualisation selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'émetteur est protégé par des moyens mécaniques organisés axialement à l'émission. 4. Système de visualisation selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé en ce que l'émetteur comporte un corps tubulaire cylindrique (1) qui reçoit à une extrémité un filtre (2) de retenue de particules en suspension dans l'air aspiré ; en aval du filtre est monté un ventilateur (3) qui aspire l'air à travers le filtre et le pulse vers l'avant et est monté dans un boîtier (4) qui se loge dans le tube (1) ; axialement au tube et en aval du ventilateur est monté sur un support (5) le laser (6) avec son alimentation (7) en énergie électrique et son alimentation (8) en gaz dotée d'une résistance chauffante (9), le laser étant logé dans un canon tubulaire (10) interne au tube (1) doté en aval successivement de capteurs de référence (11) par exemple de température ou d'hygrométrie ou autre, d'au moins un obturateur (12) et de chicanes (13), l'obturateur et la ou les chicanes étant dotées d'un perçage (14,15) central aligné avec l'axe du laser, le canon (9) étant calé en position par un ou plusieurs entretoises (13) et à son extrémité avant le tube étant obturé par un capot ou par une paroi transversale (16) elle-même dotée d'un perçage axial (17) aligné avec le laser et le perçage de l'obturateur et des chicanes. 5. Système de visualisation selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2, 3, 4 caractérisé en ce que l'émetteur laser comprend d'amont en aval un ventilateur (3) et un radiateur, une diode de pompe (18), une lentille de collimation (19) pour le rayon de pompe (20), un premier (21) cristal laser et un deuxième (22) cristal doubleur axialement alignés avec le rayon émis, un système obturateur mobile étant monté entre le premier et le deuxième cristal doubleur. 6. Système de visualisation selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2, 3, 4, 5 caractérisé en ce que le système obturateur mobile comprend un premier disque (23) rotatif et un deuxième disque (24) rotatif, les dits disques étant sécants entre eux et transversaux au rayon laser à leur zone de superposition, chaque disque étant pourvu de perçages (24), (26) dont le pas d'espacement est identique. 7. Système de visualisation selon la revendication 5 caractérisé en ce que le diamètre des perçages d'un des disques est plus grand que celui des perçages de l'autre disque.