Brevet FR2895090A1 — publié le 20070622

APPAREIL DE VISEE TELEMETRIQUE LASER La presente invention concerne d'une facon generale le domaine de la visee telemetrique laser, et plus prec.isement du pointage des appareils de visee telemetrique laser. L'invention concerne plus particulierement des perfectionnements apportes aux appareils de visee telemetrique comportant : - une source laser propre a emettre un faisceau laser 10 de telemetrie sur un axe optique de visee telemetrique, - une source secondaire d'harmonisation propre a emettre un faisceau constituant un rayonnement electromagnetique d'harmonisation, 15 - des moyens pour diriger le faisceau d'harmonisation selon 1'axe optique de visee telemetrique, et -des moyens de renvoi du faisceau d'harmonisation dirige selon 1'axe de visee telemetrique en direction d'un moyen de visualisation. 20 L'axe de telemetrie est repere par un reticule d'harmonisation qui est visualise dans le champ d'observation (champ visuel dans une voie directe optique ou sur 1'ecran d'une voie optronique). Ce reticule sert de reference pour materialiser le point d'impact du faisceau 25 laser de telemetrie dans la scene observee (pointage). La precision de la telemetrie depend alors directement du bon positionnement de ce reticule sur la cible selectionnee, dune part, et de 1'ecart residuel entre le reticule et la direction effective du faisceau laser, d'autre part. 30 Pour positionner le reticule dans le champ d'observation, it est necessaire de connaitre avec precision 1a direction de telemetrie. Pour ce faire, dans le cas ou la longueur d'onde du laser de telemetrie n'est pas compatible avec le spectre de sensibilite du capteur d'observation (par exemple cas des lasers dits > -non visibles pour 1'oeil- sur des capteurs matriciel silicium), on met en Tuvre comme reference une source secondaire emettant un rayonnement a la longueur d'onde duquel est sensible le capteur d'observation (par exemple un rayonnement en lumiere visible, par exemple de 1'ordre de 500 a 600 nm, pour une observation directe par 1'Til ; un rayonnement dans la gamme du rouge ou de 1'infrarouge, par exemple entre 800 et 900 nm, pour une observation par une camera). Cette source secondaire doit etre collimatee afin de pouvoir etre harmonisee avec le faisceau laser de telemetrie. Aux figures IA et 1B des dessins annexes est representee de maniere tres schematique seulement la portion utile a la comprehension de 1'invention de la partie eme':trice d'un appareil de visee telemetrique (la partie receptrice du faisceau laser de retour, non concernee par 1'invention, n'etant pas montree). Pour ce qui concerrie 1'invention, 1'appareil de visee telemetrique comporte une source laser 1 propre a emettre un faisceau laser de telemetrie selon un axe optique 2 (representee en tirets sur la figure IA) de visee telemetrique. Une source secondaire d'harmonisation 3 est disposee en dehors de 1'axe optique 2 de la source laser 1, en etant situee sur le cote dudit axe optique 2 ; par exemple, la source d'harmonisation 3 a son axe optique dirige sensiblement perpendiculairement a 1'axe optique 2 comme represents ; la source d'harmonisation est propre a emettre un faisceau d'un rayonnement electromagnetique d'harmonisation ayant un spectre d'emission predetermine compatible avec les caracteristiques d'un moyen de visualisation 4. Des moyens de re-flexion 5 sont disposes a 1'intersection de 1'axe optique 2 et de 1'axe optique de la source d'harmonisation et agences pour reflechir le faisceau d'harmonisation selon 1'axe optique 2 de visee telemetrique tout en laissant passer le faisceau laser de telemetrie ; dans la pratique, les moyens de reflexion 5 peuvent comprendre un miroir incline de l'angle approprie, ici d'environ 90 , reflechissant pour le faisceau d'harmonisation et transmettant le faisceau laser de telemetrie. Enfin, des moyens de renvoi 6 sont disposes sur 1'axe optique 2 et agences de ma.niere a renvoyer le faisceau d'harmonisation dirige selon 1'axe de visee telemetrique en direction du moyen de visualisation 4, tandis quill reste sans action sur le faisceau laser de telemetrie. Le moyen de visualisation 4 peut comprendre un ecran 4A dans le cas d'une voie d'observation optronique ou etre un mil 4B dans le cas d'une voie d'observation directe. Les moyens de renvoi 6 sont avantageusement constitues par un invariant optique afin que son positionnement n'influe pas sur la direction du faisceau d'harmonisation vu par le moyen de visualisation 4. Les moyens de renvoi 6 peuvent par exemple comprendre un prisme a deux faces inclinees renvoyant Le faisceau d'harmonisation a 180 sur un axe de renvoi ecarte de 1'axe optique 2, comme illustre ; on peut par exemple adjoindre au prisme superieur des moyens de renvoi 6 un prisme 6a complementaire tel que 1'interface soit reflechissante pour le faisceau d'harmonisation et transparente pour le faisceau laser de visee (d'autres solutions techniques etant envisageables pour l'obtention du meme resultat). On rappellera qu'en pratique le faisceau d'harmonisation et le faisceau laser de telemetrie ne sont pas emis simultanement, mais sequentiellement. Pour des raisons de discretion, it est donc souhaitable que la visee telemetrique proprement dite ne s'effectue que sur un laps de temps aussi bref que possible, et que par consequent 1'axe optique 2 de visee telemetrique soit correctement :prepositionne a 1'aide d'une visee d'harmoni- sation non susceptible d'etre percue par la cible. A la figure IA 1'appareil decrit ci-dessus est montre en configuration fonctionnelle de visee d'harmonisation. La source laser 1 n'emet aucun signal. La source d'harmonisation 3 emet un faisceau d'harmonisation 7 dans la meme direction que 1'axe optique 2 apres reflexion par les moyens de reflexion 5. Le faisceau d'harmonisation 7 est ensuite intercepts par les moyens de renvoi 6 qui le dirige very le moyen de visualisation 4. D'autres solutions sont alors envisageables : - si lion est en mesure d'aligner 1'ensemble de telemetrie (source laser 1, moyens de reflexion 5, source d'harmonisation 3) par des moyens opto-mecaniques sur 1'axe du reticule de visee principale, le faisceau d'harmonisation emis par la source d'harmonisation 3 n'est alors utilise qu'a des fins de verification d'harmonisation ; - si le faisceau d'harmonisation emis par la source d'harmonisation est lui-meme utilise pour la visee, it est alors active a chaque mise en action de la fonction telemetrie. Or, le bon alignement de 1'axe optique 2 avec la cible est tributaire de 1'ecart angulaire a entre 1'axe de telemetrie 2 et 1'axe d'harmonisation associe au reticule, c'est-a-dire 1'axe 9 suivi par le faisceau d'harmonisation 7 entre les n.oyens de reflexion 5 et les moyens de renvoi 6. Cet ecart angulaire a doit theoriquement etre nul pour que 1'axe de telemetrie coincide exactement avec la position du reticule dans la scene observee et que la mesure d'harmonisation entraine un positionnement exact de 1'axe optique 2 de telemetrie ; par contre si, comme montre a la figure IA, les deux axes de telemetrie 2 et d'harmonisation 9 ne coincident pas (ecart angulaire a non nul), 1'etape d'harmonisation conduit a un positionnement de 1'axe optique qui est errone. Comme expose plus haut, les moyens de renvoi 5 peuvent comprendre en pratique un miroir cale sur 1'axe optique 2 de visee telemetrique et propre a renvoyer le faisceau d'harmonisation 7 selon 1'axe optique 2 ; ce miroir est supporte par des moyens mecaniques propres a permettre son reglage angulaire. Toutefois, la source laser 1, la source d'harmonisation 3 et les moyens de support du m__roir constituent un ensemble opto-mecanique qui est sensible a la temperature (temperature ambiante, echauffement interne de 1'appareil en fonctionnement) et aux vibrations mecaniques. I1 en resulte donc qu'en pratique it faut reviser le reglage de 1'axe d'harmonisation de maniere a assurer que 1'ecart angulaire vis-a- vis de 1'axe optique 2 de telemetrie soit maintenu inferieur a un seuil predefini, typiquement 0,1 mrad. Et meme dans le cas oil cette contrainte angulaire est satisfaite, le parallelisme parfait des deux axes optiques de telemetrie et d'harmonisation n'est pas assure totalement et/ou de facon permanente. L'invention a essentiellement pour objet de remedier aux inconvenients exposes ci-dessus et de proposer une solution technique perfectionnee qui permette d'assurer une meilleure colinearite, voire un parfait parallelisme des deux axes optiques de telemetrie et d'harmonisation. A ces fins, 1'invention propose un appareil de visee telemetrique tel que mentionne au preambule qui, etant agence conformement a 1'invention, se caracterise en ce que la source laser est pourvue d'un organe de sortie incluant une fibre optique, en ce qu'une fibre optique est couplee a la sortie de la 5 source d'harmonisation pour recueillir ledit faisceau d'harmonisation, et en ce que les moyens pour diriger le faisceau d'harmonisation selon 1'axe de visee telemetrique comprennent un coupleur de fibres optiques couple en 10 entree aux deux fibres optiques de la source laser et de la source d'harmonisation respectivement et couple en sortie a une unique fibre optique de sortie propre a transmettre les deux faisceaux laser de telemetrie et d'harmonisation selon le meme axe optique. 15 Grace aux moyens mis en oeuvre conformement a 1'invention, le faisceau laser de telemetrie aussi bien que le faisceau d'harmonisation sont emis a travers un organe unique qui est la fibre optique de sortie selon 1'axe optique entre la sortie de cette fibre et une 20 optique de collimation situee en aval de celle-ci : on est ainsi assure que les deux faisceaux sont emis strictement selon le mere axe optique, de sorte quill ne peut maintenant exister aucun ecart angulaire entre 1'axe optique d'emission du faisceau de visee telemetrique et 25 1'axe optique d'emission du faisceau d'harmonisation. Dans ces conditions, non seulement la solution technique perfectionnee proposee par 1'invention permet de remedier aux insuffisances de la technique actuelle, mais en outre, en assurant un axe optique unique quel que soit le 30 faisceau emis, elle conduit a faire coincider la pratique avec la theorie. De facon concrete, les dispositions de 1'invention peuvent trouver une application tout particulierement interessante dans le cas ou la source laser de telemetrie est une source laser a amplificateur a fibre optique dopee qui constitue la susdite fibre optique de sortie de la source laser. En pratique, it est possible que le faisceau laser de telemetrie possede une longueur d'onde qui est exterieure au spectre de sensibilite du moyen de visualisation du faisceau d'harmonisation. Typiquement, le faisceau laser de telemetrie peut posse-der une longueur d'onde a securite oculaire, qui peut par exemple etre d'environ 1,5 m, tandis que le faisceau d'harmonisation a une longueur d'onde comprise entre environ 500 et 900 nm. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description detaillee qui suit de certains modes de realisation preferes donnes uniquement a titre d'exemples nullement lim:itatifs. Dans cette description, on se refere aux dessins annexes sur lesquels : - les figures IA et 13 sont des vues tres schematiques d'un appareil de visee telemetrique de 1'etat de la technique, dont seule la partie emettrice est represent-6e puisque seule celle-ci est concernee par 1'invention, 1'appareil etant montre respectivement dans deux situations fonctionnelles differentes d'harmonisation et de visee telemetrique ; - la figure 2 est une vue tres schematique d'un appareil de visee telemetrique agence de facon perfectionr.Lee selon 1'invention ; et - la figure 3 est une figure tres schematique d'un appareil de visee telemetrique agence selon 1'invention dans le cas d'application prefere de la mise en oeuvre d'une source laser a amplificateur a fibre clop-6e. On se reporte maintenant plus particulierement a la figure 2 sur laquelle les memes references numeriques sont conservees pour designer les memes organes qu'aux figures IA et 1B. D'une fawn generale, la partie de 1'appareil montree a la figure 2 reste agencee sensiblement identiquement a ce qu'elle etait dans 1'etat anterieur de La technique illustre aux figures lA et 1B, a la seule difference des moyens de re-flexion 5 qui sont elimines et: remplaces par ceux enonces ci-apres. La source laser 1 est pourvue d'un organe de sortie incluant une fibre optique. Dans 1'exemple montre a la figure 2, la sortie de la source laser 1 est couplee a une fibre optique 10. De plus, une fibre optique 11 est couplee a la sortie de la source d'harmonisation 3 pour recueillir le faisceau d'harmonisation. Enfin, les moyens pour diriger le faisceau d'harmonisation selon 1'axe de visee telemetrique comprennent: un coupleur 12 de fibres optiques qui est couple en entree aux deux fibres optiques 10 de la source laser et i_'_ de la source d'harmonisation respectivement et qui est couple en sortie a une unique fibre optique 13 de sortie. L'emission de tout faisceau de rayonnement s'effectue selon 1'axe optique 14 de 1'extremite de la fibre optique 13 de sortie. Air.Lsi, le faisceau laser de telemetrie aussi bien que le faisceau d'harmonisation sont emis selon un seul et meme axe optique qui est celui 14 reliant 1'extremite de la fibre optique de sortie au centre d'un dispositif optique 19 de collimation au foyer duquel est situee la sortie S de la fibre optique 13 de sortie. Les deux faisceaux issus de la fibre optique 13 de sortie sont alors confondus : les deux voies voie telemetrique > et voie d'harmonisation >> sont par principe harmonisees, c'est-a-dire presentent un ecart angulaire nul. Les moyens techniques proposes par 1'invention conduisent donc a la condition theorique recherchee qui consiste en ce que les deux axes optiques 2 du faisceau laser de telemetrie et 9 du faisceau d'harmonisation soient confondus de facon stricte. Une application preferee des dispositions de 1' invention concerne le cas illustre a la figure 3 ou la source laser 1 est une source laser a amplificateur a fibre dopee. On rappellera que les amplificateurs a fibre dopee mettent: en muvre une fibre optique (de quelques centimetres a quelques dizaines de metres) dans le cmur de laquelle ont ate ajoutes des ions de terre rare, notamment d'erbium qui permet d'obtenir du gain sur une fenetre spectrale couvrant les longueurs d'ondes comprises entre 1528 et 1563 nm. Au moms pour certains domaines d'application, on prevoit que le faisceau laser 8 de telemetrie possede une longueur d'onde qui est exterieure a une fenetre de longueurs d'ondes auxquelles est sensible le moyen de visualisation 4. Notamment, it peut etre prevu que le faisceau laser 8 de telemetrie possede une longueur d'onde a securite oculaire, par exemple typiquement de 1'ordre de 1,5 m, tandis que le faisceau 7 d'harmonisation a une longueur d'onde comprise entre environ 500 et 900 nm. A la figure 3, on a schematise la source laser 1 en tant que source laser a pompage avec un emetteur 15 de rayonnement devant etre amplifie, une source laser de pompage 16, un dispositif 17 de couplage et d'injection du signal a amplifier et du signal laser de pompage, et la fibre dopee 18 dont la partie terminale constitue la fibre optique 10 precitee qui est connectee au coupleur optique 12. L'agencement conforme a 1'invention facilite 1'integration de la fonction telemetrie dans les viseurs puisqu'il n'est plus necessaire de regler le parallelisme des deux voies de telemetrie et d'harmonisation. En outre, du fait de la coaxialite de principe de ces deux voies, 1'appareil de visee telemetrique fonctionne dans les conditions mmes de fonctionnement theoriques et la precision de la visee telemetrique est, de ce point de vue, optimale. REVENDICATIONS 1. Appareil de visee telemetrique comportant : - une source laser (1) propre a emettre un faisceau laser (8) de telemetrie sur un axe optique (2) de visee telemetrique, - une source secondaire d'harmonisation (3) propre a emettre un faisceau (7) constituant un rayonnement electro-rnagnetique d'harmonisation, - des moyens (5) propres a diriger le faisceau d'harmonisation (7) selon 1'axe optique (2) de visee telemetrique, et - des moyens de renvoi (6) propres a devier le faisceau d'harmonisation (7) dirige selon 1'axe de visee telemetrique en direction d'un moyen de visualisation (4), caracterise en ce que la source laser (1) est pourvue d'un organe de sortie incluant une fibre optique (10), en ce qu'une fibre optique (11) est couplee a la sortie de la source d'harmonisation (3) pour recueillir ledit faisceau d'harmonisation (7), et en ce que les moyens (5) propres a diriger le faisceau d'harmonisation (7) selon 1'axe (2) de visee telemetrique comprennent: un coupleur de fibres optiques (12) couple en entree aux deux fibres optiques (10) de la source laser et (11) de la source d'harmonisation respectivement et couple en sortie a une unique fibre optique de sortie (13) propre a transmet':re les deux faisceaux (8) laser de telemetrie et (7) d'harmonisation selon le meme axe optique (14), ce grace a. quoi, apres collimation (en 19), it n'existe aucun ecart angulaire entre 1'axe optique (2) de visee telemetrique et 1'axe optique (9) d'harmonisation. 2. Appareil de visee telemetrique selon la revendication 1, caracterise en ce que la source laser (1) de telemetrie est une source laser a amplificateur a fibre optique dopee (18) qui constitue la susdite fibre optique (10) de sortie de la source laser (1). 3. Appareil de visee telemetrique selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que le faisceau laser (8) de telemetrie possede une longueur d'onde qui est exterieure a une fenetre de longueurs d'ondes auxquelles est sensible le moyen de visualisation (4). 4. Appareil de visee telemetrique selon la revendication 3, caracterise en ce que le faisceau laser (8) de telemetrie possede une longueur d'onde a securite oculaire, tandis que le faisceau d'harmonisation (7) a une longueur d'onde comprise entre environ 500 et 900 nm.