CH617511A5 - - Google Patents

Description

La présente invention concerne des télémètres lasers et plus particulièrement les télémètres lasers dans lesquels la distance d'une cible est obtenue en mesurant l'intervalle de temps qui s'écoule entre le départ d'une impulsion laser et sa réception sur le télémètre.

Dans les télémètres de ce type, le matériau actif laser est illuminé par l'éclair d'une lampe à décharge, ce qui provoque un rayonnement de fluorescence se propageant sur le même trajet que celui de l'impulsion laser, la durée de ce rayonnement étant beaucoup plus longue que celle de l'impulsion. Comme ces télémètres comportent généralement des systèmes optiques d'émission et de réception situés à proximité l'un de l'autre, l'optique de réception peut recevoir un éclair d'une diffusion parasite du rayonnement de fluorescence, cet éclair provenant de l'optique d'émission. Bien que la puissance du rayonnement de fluorescence s soit bien plus faible que celle de l'impulsion laser, cet éclair, empruntant un trajet optique court, peut arriver sur le récepteur du télémètre avec une puissance semblable à celle d'un écho laser renvoyé par la cible et entraîner par conséquent une fausse mesure de distance.

io La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient.

La présente invention a pour objet un télémètre laser comportant

— un générateur laser comprenant:

a) un matériau actif disposé à l'intérieur d'une cavité optique 15 résonnante,

b) des moyens d'excitation de ce matériau actif capables de créer, suivant l'axe de ladite cavité, un rayonnement de fluorescence d'une lumière, et c) des moyens pour déclencher dans ledit matériau excité 20 l'émission d'une impulsion laser,

— un système optique d'émission disposé à la sortie dudit générateur laser pour diriger ladite impulsion laser sur une cible,

— un système optique de réception pour recevoir un écho de ladite impulsion laser renvoyée par ladite cible, ce système étant

25 disposé à proximité dudit système optique d'émission de telle sorte qu'il peut recevoir une lumière provenant du système optique d'émission, ce système optique de réception étant apte à concentrer l'énergie lumineuse qu'il reçoit, et

— un circuit de réception comportant un chronomètre, ce circuit 30 étant relié audit générateur laser de manière à transmettre à ce chronomètre un signal électrique d'émission lorsque le générateur laser émet ladite impulsion laser, ce circuit étant en outre relié audit système optique de réception de manière à transmettre à ce chronomètre un signal électrique de réception lorsque ce circuit 35 reçoit ladite énergie lumineuse concentrée, ce chronomètre étant apte à mesurer le temps qui s'écoule entre les instants où il reçoit respectivement le signal électrique d'émission et le signal électrique de réception, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une cellule contenant un matériau absorbant saturable disposée 40 entre ledit générateur laser et ledit système optique d'émission, ce matériau étant capable d'absorber ladite lumière lorsque la puissance de cette lumière est inférieure à un niveau de saturation et de laisser passer cette lumière lorsque sa puissance est supérieure à ce niveau de saturation, ce niveau de saturation étant supérieur 45 à la puissance dudit rayonnement de fluorescence et inférieur à la puissance de ladite impulsion laser.

L'invention est décrite ci-dessous, à titre illustratif, mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé, dans lequel la figure unique représente schématiquement un mode de réalisation so du télémètre laser selon l'invention.

Sur cette figure est représenté un générateur laser 1 comprenant essentiellement un matériau actif 2 tel qu'un barreau de verre dopé au néodyme disposé à l'intérieur d'une cavité optique résonnante d'axe 3. Cette cavité est formée d'un miroir semi-trans-55 parent 4 et d'un prisme 5 à réflexion totale pouvant être entraîné en rotation autour d'un axe 6. Un tube à décharge 7 relié à un générateur électrique non représenté permet d'exciter le matériau actif 2.

A la sortie du générateur laser 1, sur l'axe 3, est disposée une 60 cellule 8 contenant un matériau absorbant saturable. Cette cellule peut être un récipient en verre, contenant une solution liquide du matériau. Elle peut être aussi une matrice en matière plastique dans laquelle est insérée une mince pellicule de ce matériau. Lorsque le générateur laser 1 est à verre dopé au néodyme, sa 65 longueur d'onde d'émission étant de 1,06 n, ce matériau peut être par exemple le bis-(4-diéthylaminodithiobenzyl)nickel.

Le faisceau lumineux sortant du matériau 8 traverse un système optique d'émission qui le dirige vers une cible non représen-

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tèe. Ce système optique est par exemple un système afocal constitué d'une lentille divergente 9 et d'une lentille convergente 10.

Un système optique de réception est disposé à proximité du système optique d'émission pour recevoir un écho du faisceau lumineux renvoyé par la cible. Dans l'exemple illustré par la figure, ce système optique de réception comporte une partie commune avec le système optique d'émission. Il comporte en effet, d'une part, les lentilles 9 et 10 et, d'autre part, un miroir 11 et une lentille de concentration 12. Le miroir 11 est disposé entre la cellule 8 et la lentille 9. Il est muni d'un orifice central pour laisser passer le faisceau d'émission et est incliné à 45° sur l'axe 3 pour renvoyer le faisceau de réception sur la lentille 12.

Le télémètre représenté sur la figure comporte enfin un circuit de réception. Ce circuit comporte un récepteur lumineux 13 disposé pour recevoir l'énergie lumineuse concentrée par la lentille 12 et apte à transformer cette énergie en un signal électrique, et un récepteur 14 analogue au récepteur 13 et disposé à proximité du faisceau sortant du générateur laser 1. Les sorties électriques des récepteurs 13 et 14 sont connectées à un amplificateur à seuil 15, dont la sortie est reliée à la commande d'une porte 16, par exemple à travers un circuit d'aveuglement 17. Un oscillateur piézoélectrique 18 est relié à l'entrée de la porte 16 dont la sortie est connectée à un compteur d'impulsions 19, lui-même relié à un dispositif d'affichage 20.

Le fonctionnement de ce télémètre est le suivant :

Excité par un éclair lumineux de la lampe à décharge 7, le matériau actif 2 émet un rayonnement de fluorescence dont la durée peut être de l'ordre de 300 |is. Le prisme tournant 5 permet de déclencher, dans le matériau 2 excité, une impulsion laser de durée beaucoup plus courte, par exemple de 30 ns. Le rayonnement de fluorescence est une émission de lumière non cohérente dont la longueur d'onde s'écarte peu de celle de l'impulsion laser sur laquelle elle est centrée.

Le rayonnement de fluorescence et l'impulsion laser sortent de la cavité par le miroir semi-transparent 4 et traversent la cellule 8.

Le matériau absorbant saturable contenu dans la cellule 8 est capable d'absorber la lumière dont la longueur d'onde correspond sensiblement à celle de l'impulsion laser, cette absorption n'ayant lieu que si la puissance de cette lumière est inférieure à un seuil de saturation qui est une caractéristique de ce matériau. Si la puissance de la lumière traversant la cellule 8 excède le seuil de saturation, le matériau est saturé et laisse passer cette lumière sans absorption notable. Or, le seuil de saturation du matériau absorbant saturable est situé nettement au-dessus de la puissance du rayonnement de fluorescence, qui est de l'ordre du milliwatt, et en dessous de la puissance de l'impulsion laser, de l'ordre du mégawatt. Par conséquent, le matériau absorbant saturable absorbe le rayonnement de fluorescence et laisse passer l'impulsion laser.

L'impulsion laser sortant de la cellule 8 traverse le système optique afocal 9-10 dans une partie axiale de ce système. Ce système afocal permet de diminuer la divergence du faisceau d'émission. L'écho de l'impulsion laser, renvoyé par la cible,

arrive sur la partie périphérique du système afocal 9-10, en dehors de la zone réservée à l'émission, puis est réfléchi par le miroir 11 vers la lentille de concentration 12.

Le récepteur 14 permet de capter une faible partie de la puissance de l'impulsion laser émise par le générateur 1 et d'émettre en retour un signal électrique d'émission qui, s'il est supérieur au seuil de l'amplificateur 15, est amplifié par cet amplificateur, de manière à ouvrir la porte 16 et permettre aux impulsions électriques émises par l'oscillateur 18 d'entrer dans le compteur 19. L'énergie lumineuse de réception concentrée par la lentille 12 est transformée par le récepteur 13 en un signal électrique de réception qui traverse également l'amplificateur à seuil 15 pour fermer la porte 16.

Le circuit d'aveuglement 17, qui peut comporter par exemple une bascule, permet de bloquer les signaux électriques de réception qui pourraient être émis dans un intervalle de temps prédéterminé après l'émission de l'impulsion laser, de façon à empêcher que ces signaux ne viennent fermer la porte 16.

L'intervalle de temps prédéterminé ou temps d'aveuglement peut être par exemple de 3 |is. Il correspond à la portée minimale du télémètre (450 m dans ce cas) appelée aussi distance d'aveuglement.

Le temps qui s'écoule entre le signal électrique d'émission et le signal électrique de réception est donc mesuré par le chronomètre constitué par l'oscillateur 18 et le compteur 19. On sait que ce temps est proportionnel à la distance du télémètre à la cible. Cette distance est alors affichée, par exemple sous forme numérique, par le dispositif d'affichage 20.

Dans le télémètre décrit ci-dessus, le rayonnement de fluorescence ne peut traverser le système optique d'émission puisqu'il est absorb.é par le matériau absorbant saturable contenu dans la cellule 8.

On sait que les télémètres selon l'art antérieur ne comportant pas de matériau absorbant saturable, le rayonnement de fluorescence traverse le système optique d'émission. La durée de ce rayonnement peut s'étendre, au-delà de l'instant d'émission de l'impulsion laser, sur tout l'intervalle de temps dans lequel la réception d'un écho est possible, cet intervalle de temps étant de 100 us si la portée maximale du télémètre est de 15 km. Dans ces conditions, une partie du rayonnement de fluorescence traversant le système optique d'émission peut être rétrodiffusé vers la zone de réception du système afocal 9-10 par un grain de poussière 22 situé dans la zone d'émission du système afocal 9-10. L'énergie rétrodiffusée suivant la flèche 21 est alors dirigée par le système optique de réception vers le récepteur 13. Le signal électrique qui en résulte peut être d'une puissance supérieure au seuil de réception de l'amplificateur 15 et venir par conséquent fermer de façon intempestive la porte 16, provoquant une mesure de distance erronée.

Le télémètre illustré par la figure permet, en absorbant le rayonnement de fluorescence, d'éliminer ces rétrodiffusions parasites.

Il y a lieu de remarquer cependant que les matériaux absorbants saturables restent conducteurs pendant un court intervalle de temps après le passage d'une impulsion lumineuse de puissance supérieure au seuil de saturation et ne retrouvent leur capacité d'absorption qu'après un temps de recouvrement qui est une caractéristique du matériau choisi. Dans le télémètre représenté sur la figure, le matériau absorbant saturable est de préférence choisi de telle sorte que son temps de recouvrement soit inférieur au temps d'aveuglement du télémètre pour éviter que la porte 16 ne soit fermée par une réflexion parasite se produisant pendant le temps de recouvrement, en dehors du temps d'aveuglement.

Dans le cas où la longueur d'onde laser est de 1,06 (x et où le matériau absorbant saturable est choisi conformément à l'exemple cité plus haut, le temps de recouvrement est inférieur à 1 |is, ce qui est nettement inférieur au temps d'aveuglement de 3 us cité plus haut.

Le télémètre laser selon la présente invention peut être appliqué notamment à l'équipement des chars et des avions.

Bien entendu, l'invention s'applique aussi pour tout autre matériau actif laser que le verre et pour toute autre longueur d'onde d'émission que 1,06 n, la nature du matériau absorbant saturable inséré dans la cellule 8 pouvant alors être différente de celle donnée dans l'exemple; de même, l'invention s'applique quel que soit le type de déclenchement utilisé pour la cavité laser.

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1 feuille dessins

Claims (3)

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1. Télémètre laser comportant

— un générateur laser comprenant:

a) un matériau actif disposé à l'intérieur d'une cavité optique résonnante,

b) des moyens d'excitation de ce matériau actif capables de créer, suivant l'axe de ladite cavité, un rayonnement de fluorescence d'une lumière, et c) des moyens pour déclencher dans ledit matériau excité l'émission d'une impulsion laser,

— un système optique d'émission disposé à la sortie dudit générateur laser pour diriger ladite impulsion laser sur une cible,

— un système optique de réception pour recevoir un écho de ladite impulsion laser renvoyée par ladite cible, ce système étant disposé à proximité dudit système optique d'émission de telle sorte qu'il peut recevoir une lumière parasite provenant du système optique d'émission, ce système optique de réception étant apte à concentrer l'énergie lumineuse qu'il reçoit, et

— un circuit de réception comportant un chronomètre, ce circuit étant relié audit générateur laser de manière à transmettre à ce chronomètre un signal électrique d'émission lorsque le générateur laser émet ladite impulsion laser, ce circuit étant en outre relié audit système optique de réception de manière à transmettre à ce chronomètre un signal électrique de réception lorsque ce circuit reçoit ladite énergie lumineuse concentrée, ce chronomètre étant apte à mesurer le temps qui s'écoule entre les instants où il reçoit respectivement le signal électrique d'émission et le signal électrique de réception, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une cellule (8) contenant un matériau absorbant saturable, disposée entre ledit générateur laser (1) et ledit système optique d'émission (9-10), ce matériau étant capable d'absorber ladite lumière lorsque la puissance de cette lumière est inférieure à un niveau de saturation et de laisser passer cette lumière lorsque sa puissance est supérieure à ce niveau de saturation, ce niveau de saturation étant supérieur à la puissance dudit rayonnement de fluorescence et inférieur à la puissance de ladite impulsion laser.

2. Télémètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit circuit de réception (13 à 20) comporte un circuit d'aveuglement (17) apte à empêcher qu'un signal électrique de réception ne soit reçu par ledit chronomètre (18-19) pendant un intervalle de temps prédéterminé après l'émission de ladite impulsion laser, cet intervalle de temps prédéterminé correspondant à la portée minimale du télémètre, et que ledit matériau absorbant saturable présente un temps de recouvrement inférieur audit intervalle de temps prédéterminé, ce temps de recouvrement étant le temps au bout duquel ledit absorbant saturable retrouve sa capacité d'absorption après avoir laissé passer une impulsion de ladite lumière dont la puissance est supérieure audit niveau de saturation.

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REVENDICATIONS

3. Télémètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits systèmes optiques d'émission (9-10) et de réception (9 à 12) ont une partie commune (9-10).