FR2968089A1 - Dispositif de detection d'impulsions lasers panoramique. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de détection d'impulsions lasers panoramique, sensible à au moins deux longueurs d'onde et comprenant une pluralité de voies optiques (VO1, VO2, V03, Von) et un ensemble de barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33 ), chaque barrette de détecteurs présentant une zone photosensible. Selon l'invention, chaque voie optique (VO1, VO2, V03, VOn) comporte au moins deux barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33), les zones photosensibles respectives desdites au moins deux barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33) étant non contiguës, de sorte que lesdites au moins deux barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33), pour chaque voie optique (VO1, VO2, V03, VOn), observent des champs angulaires non contigus. Par ailleurs, les voies optiques (VO1 VO2, V03, VOn) sont optiquement juxtaposées de manière à obtenir un champ angulaire de surveillance continu.
Description
Dispositif de détection d'impulsions lasers panoramique
La présente invention concerne le domaine de la détection de faisceaux lasers, à des fins d'utilisation dans le domaine de la défense de bâtiments de grande dimension, et dans le domaine naval en particulier. Plus précisément, le dispositif selon la présente invention est apte à détecter des « agressions lasers », telles que des impulsions lasers de télémètres ou de systèmes de guidage de missiles, sur un bandeau de 360° en gisement et plusieurs dizaines de degrés en site.
Ce type de dispositif est couramment désigné sous l'appellation de DAL pour Détecteur d'Alerte Laser. Comme cela est couramment admis dans l'état de la technique, en raison du fait que les impulsions lasers ont une très courte durée et également pour des raisons de bilan photométrique, les DAL doivent comprendre des détecteurs disposant d'une sortie par élément, qu'il s'agisse de détecteurs mono-éléments ou de regroupements de mono-éléments se présentant sous la forme de barrettes de détecteurs ayant une sortie par détecteur élémentaire, afin d'atteindre des sensibilités satisfaisantes.
Par conséquent, comme cela est connu, de tels dispositifs présentent un encombrement important, puisqu'ils comprennent une optique pour collecter le flux pour chaque détecteur ou barrette de détecteurs. Un autre inconvénient de ce type de DAL réside dans le fait que même s'ils peuvent être sensibles à différentes longueurs d'onde, typiquement à 1,06 pm et 1,5 pm environ, ils ne permettent pas de distinguer lesdites longueurs d'onde entre elles, ce qui peut poser un problème opérationnel majeur puisque le type de menace ne peut être identifié.
De tels DAL comprenant une voie optique par barrette de détecteurs sont divulgués dans l'état de la technique. Un DAL « hors axe » est ainsi décrit dans un article publié par D. GOULAR et AL. intitulé « OFF AXIS WARNING LASER SENSOR » dans la revue « Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering ». Comme cela a été indiqué ci-dessus, ce DAL présente les inconvénients d'un encombrement très important, et d'une incapacité à distinguer les longueurs d'onde des impulsions lasers détectées.
Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités, et donc de réduire le nombre de voies optiques nécessaires. Ainsi, pour réduire l'encombrement global du dispositif, la présente invention propose un DAL sensible à deux longueurs au moins, disposant, dans le plan focal de chaque voie optique, de deux barrettes de détecteurs sensibles auxdites deux longueurs d'onde, séparées l'une de l'autre afin d'observer des champs angulairement distincts ; par ailleurs, les différentes voies optiques sont juxtaposées de manière à créer une couverture panoramique continue.
Ainsi, l'invention a pour objet un dispositif de détection d'impulsions lasers panoramique, sensible à au moins deux longueurs d'onde et comprenant une pluralité de voies optiques et un ensemble de barrettes de détecteurs, chaque barrette de détecteurs présentant une zone photosensible. Le dispositif selon l'invention se caractérise par le fait qu'au moins une voie optique comporte au moins deux barrettes de détecteurs, les zones photosensibles respectives desdites au moins deux barrettes de détecteurs étant non contiguës, de sorte que lesdites au moins deux barrettes de détecteurs, pour chaque voie optique, observent des champs angulaires non contigus. Avantageusement, les voies optiques sont agencées de telle sorte 25 qu'elles sont optiquement juxtaposées et couvrent, prises dans leur ensemble, un champ angulaire continu. Avantageusement, chaque voie optique comprenant une pupille par laquelle des faisceaux lumineux pénètrent ladite voie optique et des moyens optiques pour guider lesdits faisceaux lumineux dans ladite voie 30 optique, la juxtaposition optique desdites voies optiques peut être obtenue au moyen d'une configuration adaptée : - des dimensions des barrettes de détecteurs, parmi leur largeur et leur hauteur ; - de la distance séparant les centres de deux barrettes de 35 détecteurs d'une voie optique ; - des caractéristiques desdits moyens optiques, parmi leur ouverture et leur distance focale.
Avantageusement, les voies optiques sont disposées côte-à-côte, les barrettes de détecteurs d'une voie optique présentant par rapport aux barrettes de détecteurs d'une autre voie optique une inclinaison angulaire selon un axe longitudinal, lesdites inclinaisons angulaires étant configurées de telle sorte que l'ensemble des voies optiques sont juxtaposées et couvrent, prises dans leur ensemble, un champ angulaire continu.
Avantageusement, le dispositif étant sensible à deux longueurs d'onde, chaque voie optique comprend des moyens de séparation desdites deux longueurs d'onde. Avantageusement, lesdites au moins deux barrettes de détecteurs sont des barrettes doubles, c'est-à-dire comprenant deux colonnes de détecteurs, dont l'une des colonnes de détecteurs comporte un filtre de l'une desdites deux longueurs d'onde, constituant les moyens de séparation desdites au moins deux longueurs d'onde. Avantageusement et de manière alternative, une lame dichroïque est disposée en amont de chacune desdites au moins deux barrettes de détecteurs, constituant les moyens de séparation desdites au moins deux longueurs d'onde. Avantageusement, lesdites barrettes de détecteurs sont en InGaAs.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut comprendre des barrettes de détecteurs en Si pour la détection d'impulsions lasers à une première longueur d'onde et des barrettes de détecteurs en InGaAs pour la détection d'impulsions lasers à une deuxième longueur d'onde. Avantageusement, chaque barrette de détecteurs comporte une 30 vitre de protection pour protéger sa zone photosensible. Avantageusement, chaque voie optique comporte une pupille par laquelle des faisceaux lumineux pénètrent dans ladite voie optique. Avantageusement, un filtre bi-spectral peut être disposé en amont de ladite pupille de sorte que seuls les faisceaux lumineux présentant une première ou une deuxième longueur d'onde puissent pénétrer dans la voie optique correspondante. Avantageusement, un filtre mono-spectral peut être disposé en amont d'au moins une barrette de détecteurs par voie optique de sorte que 5 cette barrette de détecteurs ne soit sensible qu'à une seule longueur d'onde.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent : 10 - la figure 1 : le schéma de principe d'un détecteur d'alerte laser selon l'invention ; - la figure 2 : la représentation schématique du champ angulaire couvert par une voie optique dans le détecteur selon l'invention ; 15 - la figure 3 : le schéma d'une barrette de détecteurs double ; - les figures 4a et 4b : des schémas du dispositif selon l'invention, doté d'une lame dichroïque pour séparer les longueurs d'onde des impulsions laser détectées, selon un premier exemple de mise en oeuvre ; 20 ^ les figures 5a et 5b : des schémas du dispositif selon l'invention, doté d'une lame dichroïque pour séparer les longueurs d'onde des impulsions lasers détectées, selon un second exemple de mise en ceuvre.
25 La figure 1 présente un schéma d'un DAL - Détecteur d'Alerte Laser - comprenant une pluralité de voies optiques VO1, VO2, VO3, VOn constituées chacune de deux barrettes de détecteurs, respectivement B1-B2, B3-B4, B5-B6, B7-B8. Comme cela apparaît clairement sur la figure 1, le dispositif selon 30 l'invention est agencé de telle sorte que, pour chaque voie optique VO1, les barrettes de détecteurs B1-B2 de chaque voie optique soient disposées de façon non contiguë. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, les deux barrettes de détecteurs B1-B2 de chaque voie optique VO1 sont sensibles à au moins deux longueurs d'onde, de sorte qu'elles sont aptes à 35 détecter des impulsions lasers dans lesdites deux longueurs d'onde.
Ainsi, pour chaque voie optique, deux barrettes de détecteurs observent des champs angulaires élémentaires différents. Comme le montre la figure 2, en gisement, une telle disposition permet à chaque voie optique VO1 de couvrir une distance en gisement entre les centres des deux barrettes de détecteurs d'une voie optique, distance en gisement que nous appellerons pour simplifier champ angulaire ALPHA1, deux fois plus importante que s'il n'y avait qu'une seule barrette par voie optique. Selon l'invention, les différentes voies optiques sont configurées pour être optiquement juxtaposées. A cette fin, les dimensions des barrettes de détecteurs, en particulier leur largeur et la distance séparant les centres des barrettes de détecteurs d'une voie optique, sont choisies de manière adéquate. Par ailleurs, des moyens optiques, tels que des lentilles, disposés dans chaque voie optique, sont également configurés de manière appropriée. Pour obtenir cette juxtaposition optique des différentes voies optiques du dispositif, les voies optiques présentent un décalage angulaire adapté les unes par rapport aux autres. Le décalage angulaire entre deux voies optiques est égal au rapport entre le champ angulaire ALPHA1 et le nombre de voies optiques. Le nombre de voies optiques est choisi de telle sorte que ce décalage angulaire soit inférieur ou égal au champ de vue instantané (connu sous l'acronyme anglais IFOV pour Instantaneous Field Of View) en gisement d'une barrette, afin qu'il n'y ait pas de « trou » dans la couverture angulaire. La juxtaposition est ainsi simplement réalisée par le montage mécanique des voies optiques, par l'intermédiaire de vis de réglage pour ajuster précisément l'orientation angulaire en site et en gisement de chaque voie optique. Les moyens pour juxtaposer optiquement des voies sont connus. De la sorte, le dispositif de DAL selon l'invention permet d'obtenir un « ruban » continu de surveillance. Par ailleurs, la capacité bi-spectrale des barrettes de détecteurs permet la détection de différents types de menaces lasers. Afin de discriminer entre elles les différentes longueurs d'onde détectées, le dispositif selon l'invention peut comprendre les perfectionnements décrits ci-après.35 A titre d'exemple non limitatif, on donne la configuration suivante pour une voie optique d'un DAL selon l'invention, sur la base de l'exemple de la figure 2 Les barrettes de détecteurs B1, B2 sont en InGaAs, et peuvent être de marque Hamamatsu et de référence G7150-16. De telles barrettes présentent un champ de vue instantané IFOV pour Instantaneous Field Of View selon l'acronyme anglo-saxon - correspondant à des pixels de 1 mm en gisement et de 0,9 mm en site ; ces barrettes mesurent 7,2 mm de hauteur - correspondant au site - et la distance entre les centres des barrettes est de 16 mm - correspondant au gisement. Les moyens optiques pour faire pénétrer les faisceaux lumineux dans la voie optique et les guider vers les barrettes de détecteurs B1, B2 comprennent une pupille de 15 mm de diamètre dotée d'un filtre interférentiel pour les longueurs d'onde recherchées - soit typiquement 1,06 dam et 1,5X dam - et deux lentilles OPT1 pouvant être en verre moulé ou en plastique injecté de type ZEONEX 330R. Un tel module - correspondant à une voie optique - présente un champ couvert constitué de deux bandeaux de 3,8° en gisement et 27° en site, avec une distance angulaire ALPHA1 centre à centre de 61 °.
La figure 3 représente un premier mode de réalisation de l'invention comprenant une capacité bi-spectrale, ainsi que la capacité de distinguer les deux longueurs d'onde détectées. Pour cela, chaque voie optique VO11 comprend deux barrettes de détecteurs doubles B11, B12.
Chaque barrette double B11 est constituée de deux colonnes de détecteurs B111, B112 jointives, sensibles à deux longueurs d'onde différentes. Typiquement, la colonne de détecteurs B111 peut être sensible à la longueur d'onde 1,06 pm et la colonne de détecteurs B112 peut être sensible à la longueur d'onde 1,5X pm. Dans ce cas, l'une des colonnes de détecteurs B111 peut être dotée d'un filtre spectral adéquate. Sur la figure 3, on remarque que les colonnes de détecteurs B111, B112 peuvent aisément être câblées de manière indépendante l'une de l'autre, comme le montrent les sorties 0111, 0112.
Toujours pour obtenir la capacité à distinguer les deux longueurs d'onde, une autre technologie consiste à utiliser des lames dichroïques D1, D2, comme représentées aux figures 4a-4b et 5a-5b. Celles-ci sont aptes à séparer les longueurs d'onde en réfléchissant les rayons correspondant à une longueur d'onde donnée et en laissant passer les rayons correspondant à une autre longueur d'onde.
Dans le mode de réalisation présenté aux figures 4a-4b, chaque voie optique comprend quatre barrettes de détecteurs distinctes B21, B22, B23, B24 et des lames dichroïques D1, D2. Disposées de manière adéquate derrière les optiques OPT2, qui guident dans la voie optique considérée un ensemble de faisceaux lumineux captés via la pupille P, les lames dichroïques D1, D2 sont aptes à réfléchir une première partie des faisceaux lumineux, présentant une première longueur d'onde, typiquement 1,06 pm, vers des premières barrettes de détecteurs B21, B24, pouvant être en Si ou en InGaAs. Dans un mode de réalisation préféré, ces barrettes B21, B24 comprennent une vitre de protection, apte à protéger les zones photosensibles desdites barrettes. Par ailleurs, les lames dichroïques D1, D2 sont aptes à laisser passer une seconde partie des faisceaux lumineux, présentant une deuxième longueur d'onde, typiquement 1,5X pm, vers des secondes barrettes de détecteurs B22, B23, pouvant être en InGaAs. Dans un mode de réalisation préféré, ces barrettes B22, B23 comprennent une vitre de protection apte à protéger les zones photosensibles desdites barrettes.
Dans cet exemple, les quatre barrettes de détecteurs B21 à B24 ont les mêmes dimensions.
Selon le mode de réalisation des figures 5a-5b, le dispositif selon l'invention comprend toujours deux lames dichroïques D1, D2. Cependant, dans cet exemple, les barrettes utilisées pour la détection d'impulsions lasers à la première longueur d'onde, typiquement 1,06 pm, sont en Si et sont de dimensions différentes de celles utilisées pour la détection d'impulsions lasers à la deuxième longueur d'onde, typiquement 1,5X pm, qui sont en InGaAs. Par exemple, les barrettes de détecteurs en Si sont de marque Hamamatsu, de référence 54111-16 : elles comprennent 16 pixels de 1,45 mm en gisement et 1,0 mm en site ; et les barrettes de détecteurs en InGaAs sont de marque Hamamatsu, de référence G7150-16 : elles comprennent 16 pixels de 1,0 mm en gisement et 0,45 mm en site. Dans ce cas, pour que la couverture angulaire soit la même pour les deux longueurs d'onde, le dispositif présente des optiques OPT3, OPT5 différentes pour chaque type de barrette, respectivement B21-B24 et B32, B33. Dans ce cas, les optiques OPT4 constituent un module d'agrandissement disposé avant les barrettes de détecteurs en InGaAs, tandis que les optiques OPT3 constituent un objectif commun aux deux types de barrettes.
On note que de façon préférée, quel que soit le mode de réalisation, le dispositif de DAL selon l'invention peut comprendre, en amont de la pupille P, un filtre interférentiel commun aux deux longueurs d'onde à détecter, soit dans le cas préférentiellement envisagé les longueurs d'onde 1,06 pm et 1,5X pm. Alternativement, ce filtre bi-spectral peut être remplacé par des filtres mono-spectraux disposés devant chaque barrette de détecteurs, ou devant chaque colonne de détecteurs dans le cas de barrettes doubles.
En résumé, la présente invention a pour principal avantage de proposer une architecture de Détecteur d'Alerte Laser à l'encombrement réduit, et permettant une surveillance panoramique autour de bâtiments de taille importante en vue de détecter des menaces lasers dans deux longueurs d'onde distinctes que le dispositif selon l'invention permet de discriminer dans ses modes de réalisation préférés.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de détection d'impulsions lasers panoramique, sensible à au moins deux longueurs d'onde et comprenant une pluralité de voies optiques (VO1, VO2, VO3, VOn) et un ensemble de barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33), chaque barrette de détecteurs présentant une zone photosensible, caractérisé en ce qu'au moins une voie optique (VO1, VO2, VO3, VOn) comporte au moins deux barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, 632-B33), les zones photosensibles respectives desdites au moins deux barrettes de détecteurs étant non contiguës, de sorte que lesdites au moins deux barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33), pour chaque voie optique (VO1, VO2, VO3, VOn), observent des champs angulaires non contigus.
- 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les voies optiques (VO1, VO2, VO3, VOn) sont agencées de telle sorte qu'elles sont optiquement juxtaposées et couvrent, prises dans leur ensemble, un champ angulaire continu.
- 3. Dispositif selon la revendication 1, chaque voie optique (VO1) comprenant une pupille par laquelle des faisceaux lumineux pénètrent ladite voie optique (VO1) et des moyens optiques (OPT1, OPT2, OPT3, OPT4) pour guider lesdits faisceaux lumineux dans ladite voie optique (VO1), caractérisé en ce que la juxtaposition optique desdites voies optiques (VO1, VO2, VO3, VOn) est obtenue au moyen d'une configuration adaptée : - des dimensions des barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33), parmi leur largeur et leur hauteur ; - de la distance séparant les centres de deux barrettes de détecteurs d'une voie optique (VO1, VO2, VO3, VOn) ; - des caractéristiques desdits moyens optiques (OPT1, OPT2, OPT3, OPT4), parmi leur ouverture et leur distance focale.
- 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les voies optiques (VO1, VO2, VO3, Von) sont disposées côte-à-côte, les barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33) d'une voie optique (VO1, VO2, VO3, Von) présentant par rapport aux barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33) d'une autre voie optique (VO1, VO2, VO3, Von) une inclinaison angulaire selon un axe longitudinal, lesdites inclinaisons angulaires étant configurées de telle sorte que l'ensemble des voies optiques (VO1, VO2, VO3, Von) sont juxtaposées et couvrent, prises dans leur ensemble, un champ angulaire continu.
- 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, sensible à deux longueurs d'onde, caractérisé en ce que chaque voie optique (VO1, VO2, VO3, VOn) comprend des moyens de séparation (611-612, D1-D2) desdites deux longueurs d'onde.
- 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites au moins deux barrettes de détecteurs (B11-B12) sont des barrettes doubles, c'est-à-dire comprenant deux colonnes de détecteurs (6111,6112), dont l'une des colonnes de détecteurs (B111,6112) comporte un filtre de l'une desdites deux longueurs d'onde, constituant les moyens de séparation desdites au moins deux longueurs d'onde.
- 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend par ailleurs une lame dichroïque (D1, D2) disposée en amont de chacune desdites au moins deux barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33), constituant les moyens de séparation desdites au moins deux longueurs d'onde.
- 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites barrettes de détecteurs (B1-B8, 611-612, B21-B24, B32-B33) sont en InGaAs.35
- 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33) en Si pour la détection d'impulsions lasers à une première longueur d'onde et des barrettes de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33) en InGaAs pour la détection d'impulsions lasers à une deuxième longueur d'onde.
- 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque barrette de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33) comporte une vitre de protection pour protéger sa zone photosensible.
- 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque voie optique (VO1, VO2, VO3, VOn) 15 comporte une pupille (P) par laquelle des faisceaux lumineux pénètrent dans ladite voie optique (VO1, VO2, VO3, Von).
- 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un filtre bispectral est disposé en amont de ladite pupille (P) de sorte que seuls 20 les faisceaux lumineux présentant une première ou une deuxième longueur d'onde puissent pénétrer dans la voie optique (VO1, VO2, VO3, Von) correspondante.
- 13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'un 25 filtre mono-spectral est disposé en amont d'au moins une barrette de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33) par voie optique VO1, VO2, VO3, Von) de sorte que cette barrette de détecteurs (B1-B8, B11-B12, B21-B24, B32-B33) ne soit sensible qu'à une seule longueur d'onde. 30
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2013
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