FR2856479A1 - Detecteurs d'impulsions laser, notamment pour aeronef - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un détecteur d'impulsions de rayonnement électromagnétique, en particulier d'impulsions laser, comportant au moins deux photodétecteurs voisins (D1DS, D2GS, D3GI, D4DI) et des moyens optiques (C) pour appliquer le rayonnement incident à ces photodétecteurs, d'une manière différente en fonction de sa direction d'incidence.Selon une définition générale de l'invention, ces moyens optiques (C) comprennent au moins un réflécteur double (PM1, PM2) se prolongeant vers l'intervalle entre les photodétecteurs, et entouré d'un milieu (C) propre à une transmission de lumière sensiblement isotrope sur la gamme des directions

Description

EA 564A7â f. 405

Détecteur d'impulsions laser, notamment pour aéronef.

L'invention concerne la détection d'arrivée d'impulsions laser, qui peut être utile notamment sur des véhicules tels que des aéronefs.

La Demanderesse a déjà étudié des détecteurs d'impulsions de rayonnement électromagnétique, en particulier d'impulsions laser, comprenant un ou des capteurs associés 10 à des moyens photodétecteurs. Le capteur comprend un ou plusieurs cylindres translucides dont chacun est muni, sur sa surface de révolution, d'une fenêtre de capture, agencée pour lui conférer une sensibilité angulaire en gisement et/ou en site.

Quoique ces détecteurs fonctionnent de manière convenable, la Demanderesse a observé qu'il est possible de faire mieux.

La présente invention vient donc apporter des perfectionne20 ments aux détecteurs d'impulsions définis ci-dessus.

L'un des buts de l'invention est de fournir un détecteur capable de déterminer l'angle d'arrivée d'impulsions laser sur une zone observée de 180 en gisement et +90 en site. 25 Un autre but de l'invention est d'améliorer la sensibilité du détecteur.

Encore un autre but de l'invention est de fournir un détec30 teur susceptible d'être installé aisément sur un boîtier électronique étanche, à l'extérieur d'un véhicule.

Le détecteur proposé est du type comportant au moins deux photodétecteurs voisins, et des moyens optiques pour appli35 quer le rayonnement incident à ces photodétecteurs, d'une manière différente en fonction de sa direction d'incidence.

Selon une définition générale de l'invention, les moyens optiques comprennent au moins un réflecteur double face 5 se prolongeant vers l'intervalle entre les photodétecteurs, et entouré d'un milieu propre à une transmission de lumière sensiblement isotrope sur la gamme des directions d'incidence.

Selon une caractéristique de l'invention, ledit milieu comprend un corps de révolution délimité par un segment de génératrice intersectant son axe de révolution, lequel est sensiblement perpendiculaire au plan des photodétecteurs.

Très avantageusement, ledit corps est muni d'une métallisation interne supplémentaire qui le traverse et y délimite ainsi deux parties supplémentaires sujettes à photodétection sélective. Avec les deux métallisations internes, qui se croisent, on obtient donc en tout quatre parties sujettes 20 à photodétection sélective.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les deux métallisations internes, planes, sont orthogonales entre elles et parallèles à l'axe de révolution du corps. 25 Avantageusement, les plans de métallisation passent par l'axe de révolution.

En pratique, le corps de révolution peut être délimité par un segment de génératrice courbe intersectant l'axe de révo30 lution à angle droit, avec, à l'opposé, une troncature, ce qui donne sensiblement une demisphère.

En se référant à un parcours circulaire des "quatre parties" dans le sens trigonométrique, on distingue ci-après un pre35 mier, un second, un troisième et un quatrième photodétecteur associés respectivement à ces quatre parties sujettes à photodétection sélective.

En pratique, chaque photodétecteur couvre une surface 5 respective qui est délimitée par les deux métallisations internes, à l'extrémité libre du corps de révolution, opposée au segment de génératrice précité.

Selon un autre aspect de l'invention, aux moyens photodétec10 teurs sont associés des moyens de traitement comprenant: - un premier, un deuxième, un troisième et un quatrième amplificateur recevant respectivement les signaux issus des premier, second, troisième et quatrième photodétecteurs; 15 - un premier amplificateur-sommateur des sorties des amplificateurs des premier et quatrième photodétecteurs disposés d'un côté de la première métallisation; - un second amplificateur-sommateur des sorties des amplificateurs des second et troisième photodétecteurs disposés de l'autre côté de la première métallisation; - un troisième amplificateur-sommateur des sorties des 25 amplificateurs des premier et second photodétecteurs disposés d'un côté de la seconde métallisation; et - un quatrième amplificateur-sommateur des sorties des amplificateurs des troisième et quatrième photodétecteurs 30 disposés de l'autre côté de la seconde métallisation.

De préférence, les moyens de traitement comprennent en outre: - un premier, un second, un troisième et un quatrième ampli- ficateur logarithmique recevant respectivement les signaux issus des premier, second, troisième et quatrième amplificateurs-sommateurs; - un premier amplificateur-différenciateur recevant les signaux des premier et second amplificateurs logarithmiques, et délivrant un signal de mesure sensible à l'angle de gisement du rayonnement électromagnétique incident; et - un second amplificateur-différenciateur recevant les signaux des troisième et quatrième amplificateurs logarithmiques, un signal de mesure sensible à l'angle de site, et délivrant un signal de mesure sensible à l'angle de site du rayonnement électromagnétique incident. 15 Selon une variante de réalisation préférée de l'invention, le corps est prolongé à sa base par un corps de révolution supplémentaire, tel qu'un cylindre, en matériau transparent pour le rayonnement électromagnétique, métallisé extérieure20 ment, et servant à la liaison du corps avec les photodétecteurs, les deux métallisations internes traversant les deux corps et les délimitant en quatre parties sujettes à photodétection sélective.

En pratique, le diamètre de la base du corps est égal à celui de la base du corps supplémentaire.

Avantageusement, il est prévu des moyens d'interface entre la base du corps supplémentaire et les moyens photodétec30 teurs. Ces moyens d'interface peuvent comprendre une lame mince, couvrant la totalité de la base du corps supplémentaire, le matériau, constituant la lame, possédant un indice de réfraction sensiblement égal à celui du matériau constituant les deux corps.

En variante, les moyens d'interface comprennent une lame d'air, couvrant la totalité de la base du corps supplémentaire.

De préférence, le corps supplémentaire comprend un matériau transparent, rendu diffusant en volume pour le rayonnement électromagnétique.

De manière avantageuse, le milieu comprend un matériau 10 transparent, rendu diffusant en volume pour le rayonnement électromagnétique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, 15 et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe transversale du détecteur selon le plan de métallisation PM2; - la figure 2 représente schématiquement une vue de dessus du détecteur décrit en référence à la figure 1; - la figure 3 illustre,sous forme de schéma de principe, 25 la partie électronique du détecteur selon l'invention; - la figure 4 est un schéma permettant de mieux comprendre la détection d'angles d'arrivée d'impulsions laser; et - la figure 5 est un schéma représentant un mode de réalisation du détecteur selon l'invention.

La présente invention fait intervenir des caractéristiques, notamment géométriques, difficiles à représenter autrement 35 que par le dessin. En conséquence, les dessins annexés font partie intégrante de la description et pourront servir non seulement à mieux faire comprendre la description, mais aussi à définir l'invention, le cas échéant.

Les contenus descriptifs de la Demande de Brevet français 86 18 442, de sa Demande de Certificat d'Addition 87 03 111 et de la Demande de Brevet français 87 09 412 sont à considérer comme incorporés à la présente description, afin de mieux faire comprendre certains aspects déjà développés 10 des dispositifs dont il s'agit.

Sur la figure 1, le capteur C comporte un corps de révolution à génératrice courbe intersectant l'axe de révolution R à angle droit. Le corps C a la forme générale d'une demi15 sphère.

Le corps C est par exemple en verre spécial (borosilicate), dont la bande de transparence s'étend de 0,3 à 3 micromètres par exemple. On peut également utiliser d'autres matériaux, 20 notamment métalliques ou plastiques (synthétiques), possédant les caractéristiques mécaniques et thermiques adéquates, tout en demeurant transparents dans la bande de longueurs d'ondes utile.

Le verre peut être chargé de fines particules de dioxyde de titane, également appelé rutile, ce qui lui confère une propriété de diffusion lumineuse en volume.

Dans ce cas, le corps C est intérieurement translucide, 30 c'est-à-dire transparent mais rendu diffusant en volume.

Cependant, l'invention s'applique aussi sans cette diffusion en volume.

A l'intérieur du corps C, il est prévu deux plans métallisés 35 PM, qui sont aussi parfaitement réflecteurs que possible, sur leurs deux faces, pour les longueurs d'ondes à détecter.

Les deux métallisations internes, PM1 et PM2, planes, sont orthogonales entre elles et parallèles à l'axe de révolu5 tion du corps C. Plus exactement, les plans de métallisation PM1 et PM2 passent par l'axe de révolution R. De la sorte, sont définies dans le corps C une partie droite supérieure DS, une partie droite inférieure DI, une partie 10 gauche supérieure GS et une partie gauche inférieure GI.

(Pour un spectateur regardant la partie courbe du corps C en vue de dessus conformément à la figure 2.) Ces quatre parties sont couplées respectivement à des photo15 détecteurs D individualisés respectivement en DlDS, D4DI, D2GS et D3GI que l'on décrira ci-après.

Il est prévu un prolongement OM à la base du corps C. Le prolongement OM est un cylindre également transparent. Une 20 métallisation extérieure ML entoure le prolongement OM. Les deux plans de métallisation PM1 et PM2 traversent de bout en bout les deux corps C et OM, et délimitent ainsi les quatre parties sujettes à photodétection sélective.

On remarquera que le cylindre OM n'est pas nécessaire au fonctionnement du détecteur. Mais il facilite l'installation du détecteur sur un boitier électronique étanche, implanté par exemple à l'extérieur d'un aéronef.

Il est également prévu une interface IT entre la base du cylindre OM et les photodétecteurs D. L'interface IT peut être une lame mince de matériau, couvrant la totalité de la base inférieure du cylindre LI. Le matériau constituant la lame est par exemple une colle optique, possédant un 35 indice de réfraction sensiblement égal à celui du matériau transparent constituant le corps C et le cylindre OM. (Ceci est important lorsque ces corps et ce cylindre ne sont pas diffusants.) Dans une variante de l'invention, l'interface IT comprend la base dépolie inférieure LI du cylindre OM et une lame d'air (non représentée). Les photodétecteurs D reçoivent alors la lumière diffusée par le dépolissage de la base inférieure LI du cylindre OM, sans nécessiter d'adaptation 10 de l'indice optique.

Les moyens photodétecteurs D comprennent quatre photodétecteurs associés chacun à une partie sujette à photodétection sélective.

Chaque photodétecteur couvre respectivement chaque surface délimitée par les deux plans de métallisation, à l'extrémité libre du cylindre OM. Les photodétecteurs sont des diodes opto-électroniques qui assurent la transformation 20 du signal électromagnétique capté par le corps C en un signal électrique.

La figure 3 représente le synoptique des moyens de traitement associés aux moyens photodétecteurs. 25 Quatre amplificateurs individualisés en A1 à A4 reçoivent respectivement des signaux issus des quatre photodétecteurs DlDS, D2GS, D3GI et D4DI disposés conformément à la figure 2.

Un premier amplificateur-sommateur AS1 reçoit les sorties des amplificateurs A1 et A4 des photodétecteurs DlDS et D4DI disposés à droite de la première métallisation interne PM1 (sur la figure 2). Un second amplificateur-sommateur 35 AS2 fait de même avec les sorties des amplificateurs A2 et A3 des photodétecteurs D2GS et D3GI disposés à gauche de cette métallisation interne PM1.

Un troisième amplificateur-sommateur AS3 reçoit les sorties 5 des amplificateurs A1 et A2 des deux photodétecteurs DlDS et D2GS disposés du côté supérieur de la seconde métallisation interne PM2 (figure 2).

Un quatrième amplificateur-sommateur AS4 fait de même avec 10 les sorties des amplificateurs A3 et A4 des deux photodétecteurs D3GI et D4DI disposés du côté inférieur de cette métallisation interne PM2.

Les moyens de traitement comprennent encore quatre 15 amplificateurs logarithmiques AL individualisés en ALl à AL4 recevant respectivement les signaux issus des quatre amplificateurs-sommateurs AS individualisés en AS1 à AS4.

Un premier amplificateur-différenciateur AD1 reçoit les 20 signaux des sorties des amplificateurs logarithmiques ALl et AL2 pour délivrer un signal de mesure sensible à l'angle d'arrivée en gisement des impulsions laser captées par le corps C, comme on le verra plus en détail ci-après.

Un second amplificateur-différenciateur AD2 reçoit les signaux des amplificateurs logarithmiques AL3 et AL4. L'amplificateur-différenciateur AD2 délivre un signal de mesure sensible à l'angle d'arrivée en site des impulsions laser captées par le corps C, comme décrit ci-après. 30 La figure 4 illustre le fonctionnement des moyens de traitement décrits en référence à la figure 3 et représente un détecteur en coupe transversale selon le plan de métallisation PM2 (figure 1).

Le faisceau de rayonnement électromagnétique RE est scindé en deux sousfaisceaux RE1 et RE2 par le plan de métallisation PM1.

Les diodes DlGS et D4GI délivrent, après sommation par l'amplificateursommateur ASl, un signal électrique proportionnel à l'énergie contenue dans le faisceau RE1 tandis que les diodes D2DS et D3DI délivrent, après sommation par l'amplificateur AS2, un signal proportionnel à l'énergie conte10 nue dans le faisceau RE2.

On obtient donc, au niveau de l'amplificateur-différenciateur AD1 une information qui est fonction d'un angle a'. Celui-ci est le complémentaire 15 de a (a'=90 -a), lequel est l'argument d'un cosinus directeur du faisceau incident RE par rapport à la trace du plan PM1 dans le plan des photodétecteurs.

Plus précisément, cette information a est obtenue en 20 divisant le signal issu de l'amplificateur logarithmique ALl (log DlDS + D4DI) par le signal issu de l'amplificateur logarithmique AL2 (log D2GS + D3GI).

Avantageusement, en utilisant la somme des signaux issus 25 de l'amplificateur logarithmique AL3 (log DlDS + D2GS) avec les signaux issus de l'amplificateur logarithmique AL4 (log D3GI + D4DI), on obtient une information qui est fonction de l'angle b', o b' est le complémentaire de b (b'=90 b), lequel est l'argument de l'autre cosinus directeur des 30 impulsions laser captées par le corps C, par rapport à la trace du plan PM2 dans le plan des photodétecteurs.

L'homme de l'art comprendra qu'à partir de ces informations a et b, on peut accéder simplement au gisement et au site 35 du rayonnement impulsionnel reçu, tout comme à sa latitude l1 et sa longitude.

Bien entendu, l'exemple décrit ici n'est qu'un exemple explicatif et non limitatif. L'homme de l'art comprendra 5 que les angles a et b peuvent être déterminés selon un agencement différent des photodétecteurs et selon une disposition différente du détecteur selon l'invention.

On remarquera que les fonctions de a' et de b' sont monoto10 nes et tendent vers l'infini lorsque les angles a' et b' tendent vers 90 . La Demanderesse a observé que l'on peut linéariser ces fonctions et les faire tendre vers une valeur finie pour a' ou b' = 90 en modifiant la configuration des plans de métallisation.

La figure 5 illustre un exemple de réalisation de métallisations internes ainsi modifiées. Elle représente le détecteur selon une coupe transversale identique à la figure 1. On y retrouve le corps C prolongé par le cylindre OM, l'un 20 et l'autre délimités par les métallisations internes PM1 et PM2. En vue de linéariser les fonctions des angles a' et b', on laisse un faible espace entre le contour CC du corps C et le contour CPM1 délimité par les métallisations internes PM1 et PM2.

Par ailleurs, on pourra choisir le matériau du corps en fonction de la ou des bandes de longueur d'onde à traiter.

D'un autre côté, la sensibilité angulaire recherchée peut 30 être exprimée autrement qu'en gisement et en site, comme exposé ci-dessus.

Lorsque le corps C et le cylindre OM sont tous deux diffusants (translucides), leur adaptation optique, entre eux 35 et avec les photodétecteurs, n'est pas critique. Dans ce cas, il n'est pas impératif que les photodétecteurs recouvrent toute la surface inférieure du cylindre OM. En contrepartie, la linéarité de la réponse est un peu moins bonne, d'o une exploitation des signaux plus sophistiquée.

Inversement, si le corps C et le cylindre OM sont purement transparents, ils sont reliés par une colle optique, entre eux et avec les photodétecteurs, lesquels recouvrent alors la quasi-totalité de la surface inférieure du cylindre OM. 10 La linéarité est nettement meilleure et le traitement des signaux est simplifié.

On peut concevoir des situations intermédiaires, o par exemple le corps C est transparent, et le cylindre OM au 15 moins en partie translucide.

Enfin, il serait concevable que le corps C et le cylindre OM soient au moins en partie définis par un milieu gazeux.

Claims (17)

Revendications.

1. Détecteur d'impulsions de rayonnement électromagnétique, en particulier d'impulsions laser, comportant au moins deux 5 photodétecteurs voisins (DlDS, D2GS, D3GI, D4DI) et des moyens optiques (C) pour appliquer le rayonnement incident à ces photodétecteurs, d'une manière différente en fonction de sa direction d'incidence, caractérisé en ce que ces moyens optiques comprennent au moins un réflecteur double 10 face (PM1, PM2) se prolongeant vers l'intervalle entre les photodétecteurs, et entouré d'un milieu (C) propre à une transmission de lumière sensiblement isotrope sur la gamme des directions d'incidence.

2. Détecteur d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit milieu comprend un corps de révolution (C) délimité par un segment de génératrice intersectant son axe de révolution, lequel est sensiblement perpendiculaire au plan des photodétecteurs. 20

3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps (C) est muni d'une métallisation interne supplémentaire (PM2) qui le traverse et y délimite deux parties supplémentaires sujettes à photodétection sélective. 25

4. Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux métallisations internes (PM1 et PM2), planes, sont orthogonales entre elles et parallèles à l'axe de révolution (R) du corps.

5. Détecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les plans de métallisation (PM1 et PM2) passent par l'axe de révolution (R).

6. Détecteur selon l'une des revendications 2 à 5, caracté- risé en ce que le corps de révolution (C) est délimité par un segment de génératrice courbe intersectant l'axe de révolution (R) à angle droit, avec, à l'opposé, une troncature, ce qui donne sensiblement une demi- sphère.

7. Détecteur selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que les moyens photodétecteurs (D) comprennent un premier, un second, un troisième et un quatrième photodétecteur associés chacun à une partie 10 sujette à photodétection sélective.

8. Détecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque photodétecteur couvre respectivement une surface respective qui est délimitée par les deux métallisations 15 internes (PM1 et PM2), à l'extrémité libre du corps (C).

9. Détecteur selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu'aux moyens photodétecteurs (D) sont associés des moyens de traitement comprenant: 20 - un premier, un second, un troisième et un quatrième amplificateur (A) recevant respectivement les signaux issus des premier, second, troisième et quatrième photodétecteurs (D); - un premier amplificateur-sommateur (AS1) des sorties des amplificateurs (A1 et A4) des photodétecteurs (DlDS et D4DI) disposés d'un côté de la première métallisation (PM1); - un second amplificateur-sommateur (AS2) des sorties des 30 amplificateurs (A2 et A3) des photodétecteurs (D2GS et D3GI) disposés de l'autre côté de la première métallisation (PM1); - un troisième amplificateur-sommateur (AS3) des sorties des amplificateurs (A1 et A2) des photodétecteurs (DlDS 35 et D2GS) disposés d'un côté de la seconde métallisation interne (PM2); - un quatrième amplificateur-sommateur (AS4) des sorties des amplificateurs (A3 et A4) des photodétecteurs (D3GI 5 et D4DI) disposés de l'autre côté de la seconde métallisation interne (PM2).

10. Détecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent en outre un 10 premier, un second, un troisième et un quatrième amplificateur logarithmique (AL) recevant respectivement les signaux issus des premier, second, troisième et quatrième amplificateurs-sommateurs (AS); - un premier amplificateur-différenciateur (AD1) recevant les signaux des premier et second amplificateurs logarithmiques (ALl et AL2), et délivrant un signal de mesure sensible à l'angle de gisement du rayonnement électromagnétique incident; et - un second amplificateur-différenciateur (AD2) recevant les signaux des troisième et quatrième amplificateurs logarithmiques (AL3 et AL4), et délivrant un signal de mesure sensible à l'angle de site du rayonnement électromagnétique 25 incident.

11. Détecteur selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le corps (C) est prolongé à sa base par un corps de révolution supplémentaire 30 (OM), tel qu'un cylindre, en matériau transparent pour le rayonnement électromagnétique, métallisé extérieurement, et servant à la liaison avec les photodétecteurs (D), les deux métallisations internes (PM1 et PM2) traversant les deux corps (C) et (OM) et les délimitant en quatre parties 35 sujettes à photodétection sélective.

12. Détecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le diamètre de la base du corps (C) est égal à celui de la base du corps supplémentaire (OM).

13. Détecteur selon la revendication 11 ou la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens d'interface (IT) entre la base du corps supplémentaire (OM) et les moyens photodétecteurs (D).

14. Détecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens d'interface (IT) comprennent une lame mince, couvrant la totalité de la base du corps supplémentaire, le matériau constituant la lame possédant un indice de réfraction sensiblement égal à celui du matériau consti15 tuant les deux corps (C et OM).

15. Détecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens d'interface comprennent une lame d'air, couvrant la totalité de la- base du corps supplémentaire 20 (OM).

16. Détecteur selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que le corps supplémentaire (OM) comprend un matériau transparent, rendu diffusant en volume pour le 25 rayonnement électromagnétique.

17. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu (C) comprend un matériau transparent, rendu diffusant en volume pour le rayonnement 30 électromagnétique.