FR2541783A1 - Systeme d'analyse optique a miroirs situes dans un plan d'un disque rotatif - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME D'ANALYSE OPTIQUE RAPIDE SUIVANT UN MOTIF ORTHOGONAL. IL COMPREND UN DISQUE D'ANALYSE ROTATIF 30 COMPORTANT UNE RANGEE CIRCULAIRE DE REFLECTEURS CONCAVES 32 SUR UNE SURFACE PLANE, UN MOYEN DE FORMATION D'IMAGE 26 SUR LEQUEL APPARAIT LA TRACE D'ANALYSE LINEAIRE, LADITE TRACE D'ANALYSE LINEAIRE ETANT SEPAREE DESDITS REFLECTEURS CONCAVES 32 D'UNE DISTANCE EGALE A LA DISTANCE FOCALE DESDITS REFLECTEURS CONCAVES 32, ET UN MOYEN DE DETECTION DE RAYONNEMENT 40 POSITIONNE DE MANIERE A DETECTER L'INTENSITE DU RAYONNEMENT REFLECHI PAR LESDITS REFLECTEURS CONCAVES 32 LE SYSTEME PEUT OPERER DANS UN MODE DE "LECTURE" POUR ANALYSER UNE SCENE OU DANS UN MODE D'"ECRITURE" POUR CREER UNE IMAGE, OU BIEN DANS LES DEUX MODES SIMULTANEMENT. APPLICATION NOTAMMENT AUX ANALYSEURS OPTIQUES COMPACTS A HAUTE FREQUENCE POUR FORMER UNE IMAGE VIDEO.

Description

La présente invention concerne des analyseurs op-

tiques-et elle a trait plus particulièrement à des ana-

lyseurs optiques compacts capables d'analyser un champ

de vision de haute fréquence d'analyse qui sont appro-

priés pour former une image vidéo. Des systèmes d'analyse optique sont utilisés dans une diversité d'applications comme des systèmes de formation thermique d'image connus sous la désignation FLIR (Forward Looking Infra Red systems) (systèmes d'observation en infra-rouge) Dans de tels systèmes, un rayonnement thermique, par exemple dans le domaine infra-rouge, est typiquement collecté par une lentille et l'image est analysée par balayage de trame dans les

directions verticale et horizontale Le rayonnement pro-

venant de chaque élément d'image est successivement con-

centré sur un détecteur de rayonnement qui produit un

signal électrique en accord avec l'intensité du rayonne-

ment détecté Le signal électrique provenant du détec-

teur peut alors être utilisé pour produire un affichage vidéo analogue à la télévision et correspondant à l'image

thermique d'origine.

Bien que l'invention soit décrite principalement

en relation avec dessystèmes de formation d'image ther-

mique, elle n'est pas limitée à cette application En particulier, il est à noter que l'invention peut aussi être utilisée avec d'autres types de rayonnements comme la lumière dans le spectre visible En outre, bien que

la description principale du système soit faite dans le

mode de "lecture", le système est également capable d'opérer dans la direction inverse pour enregistrer ou "écrire" une image à partir d'un signal de commande

d'intensité variable.

Par le passé, on a effectué une analyse optique

de différentes manières en utilisant usuellement des mi-

roirs mobiles pour produire le balayage ou analyse horizontale et verticale Dans la forme la plus simple, on utilise deux miroirs oscillants séparés dont un tourne autour d'un axe de façon à assurer le balayage horizontal et l'autre tourne autour d'un axe de façon à assurer un balayage vertical Les mouvements oscil- lants des miroirs consistent dans une rotation du miroir dans une direction pour effectuer l'analyse, suivie par une rotation de "retour" rapide pour positionner le miroir

au début de la ligne d'analyse suivante Le mouvement os-

cillant du miroir d'analyse horizontale à grande vitesse impose de sévères limitations à la vitesse de balayage pouvant être atteinte avec cet agencement Cette solution est également affectée par des distorsionsd'analyse de l'image et par des difficultés de traitement du signal

électronique.

Une solution commune utilisée pour améliorer la vitesse de balayage consiste à remplacer le miroir oscillant horizontalement à grande vitesse par un miroir

polygonal tournant à facettes multiples Avec cet agen-

cement, des facettes successives du miroir polygonal

balaient l'image de façon à produire les analyses hori-

zontales Les facettes peuvent être placées soit sur le côté extérieur d'un polygone massif (cf par exemple, les brevets US 4 210 810, 4 180 307 et 4 156 142) soit sur le côté intérieur d'un cylindre (cf par exemple, le brevet US 3 604 932) Puisque le mouvement du miroir d'analyse horizontale à grande vitesse est un mouvement

de rotation et non un mouvement oscillant, il est pos-

sible d'avoir de plus grandes vitesses d'analyse Cependant, pour faire fonctionner de tels systèmes à miroirs polygonaux à des vitesses d'analyse de trame de télévision ( 15 750 hertz ou 63,5 ps par ligne),

la vitesse de rotation du miroir polygonal est typi-

quement comprise entre 40 000 et 4 000 tr/min.

De telles vitesses élevées de fonctionnement posent des problèmes critiques en ce qui concerne la conception

des moteurs, en particulier pour l'exploitation des si-

gnaux d'excitation haute fréquence des moteurs, pour l'équilibrage précis des mécanismes tournants et pour l'obtention d'une durée de service raisonnable des pa- liers Normalement, dans de tels systèmes à vitesses élevées, la structure du miroir polygonal tournant doit être placée dans une chambre mise sous vide afin de réduire la résistance de l'air, ce qui augmente par conséquent considérablement le cot et les difficultés

du système.

Le nombre de facettes dans un système à miroir polygonal est déterminé généralement par la vitesse

désirée d'analyse et par la vitesse disponible du moteur.

Les surfaces du miroir doivent être suffisamment grandes pour s'adapter au diamètre de pupille optique à l'entrée du système et, en conséquence, la structure du miroir ne peut pas être arbitrairement petite La surface de miroir est de préférence suffisamment grande pour éviter un fort effet de masquage o une partie de l'image entrante quitte lemiroir dans des positions

proches des extrémités des lignes de balayage horizontal.

Dans un système agencé pour obtenir une bonne qualité d'image, la structure du miroir tournant doit avoir des dimensions considérables, ce qui impose une charge

considérable au moteur d'entraînement.

Un autre problème rencontré avec des systèmes

à miroirs polygonaux consiste dans leur mauvaise effi-

cacité d'analyse Dans un système d'analyse, il est souhaitable de consacrer le maximum de temps à l'analyse de l'image avec un minimum de perte de temps entre des balayages successifs Dans un système à miroir polygonal, l'efficacité d'analyse est relativement faible, par exemple de l'ordre de 25 % pour un polygone à six côtés analysant un champ de vision de 300 Un autre problème

se posant avec des systèmes à miroirs polygonaux con-

cerne leur utilisation en combinaison avec des téles-

copes Normalement, il existe une distance insuffisante

entre la pupille de télescope placée à l'entrée du sys-

tème et lé premier élément de la lentille de formation d'image en vue de permettre la mise en place des miroirs de balayage horizontal et de balayage vertical Pour

augmenter l'espace disponible pour les miroirs, il de-

vient nécessaire d'ajouter au système des dispositifs optiques de balayage ou de transfert Ceux-ci augmentent de façon indésirable les dimensions, le poids et le coût

du système.

Bien que des systèmes à miroirs polygonaux

tournants comme décrits ci-dessus constituent les sys-

tèmes d'analyse optique les plus courants de l'art anté-

rieurs, deux autres solutions doivent être mentionnées.

Une solution utilise une roue à miroirs de forme étoilée qui est profilée d'une manière analogue à un engrenage et sur laquelle les miroirs d'analyse sont placés sur les côtés des dents d'engrenage, comme cela est décrit par-exemple dans IR Handbook,-de ONR Department of Navy, Library of Congress, No 77-90 ? 86, pages 10-23 Cette structure a tendance à réduire la vitesse nécessaire de rotation pour une analyse de

traces horizontales et elle élimine certains des pro-

blèmes optiques mais, d'autre part, elle est affectée par une dégradation de l'image à cause de décalages des foyers qui se produisent en cours de fonctionnement et à cause des difficultés d'observation des tolérances de surfaces nécessaires pour la configuration en roue étoilée. L'autre solution connue consiste à utiliser un réseau linéaire de détecteurs capables de détecter une intensité de rayonnement le long de toute la trace horizontale N éliminant ainsi l'obligation de prévoir un miroir d'analyse Cependant, les réseaux de détecteurs

horizontaux sont trop coûteux pour la plupart des ap-

plications et ils se traduisent usuellement par des con-

figurations indésirables pour l'unité d'analyse.

Dans un système d'analyse typique conforme à

S l'invention, une scène est analysée dans un motif ortho-

gonal comprenant des traces linéaires d'analyse dans une des directions orthogonales, ce système étant caractérisé

en ce qu'il comprend un disque analyseur rotatif compre-

nant une rangée circulaire de réflecteurs concaves sur une surface plane, un moyen de formation d'image sur lequel apparaît la trace d'analyse linéaire, ladite

trace d'analyse linéaire étant séparée desdits réflec-

teurs concaves d'une distance égale à la distance focale desdits réflecteurs concaves; et des moyens de détection de rayonnement positionnés pour détecter l'intensité du

rayonnement réfléchi par lesdits réflecteurs concaves.

L'analyse horizontale à grande vitesse est

effectuée en utilisant une rangée circulaire de réflec-

teurs concaves placés sur un disque d'analyse rotatif

qui fonctionne en coopération avec un miroir à bande.

La trace horizontale à analyser apparaît sur le miroir à bande Le miroir à bande est séparé des réflecteurs concaves d'une distance correspondant à la distance focale des réflecteurs Lorsque le disque d'analyse tourne, des réflecteurs concaves successifs balaient l'image du miroir à bande et analysent ainsi des

traces horizontales successives Le rayonnement prove-

nant des réflecteurs est concentré sur un détecteur ap-

proprié qui produit alors un signal électrique corres-

pondant à l'intensité du rayonnement détecté Dans un mode préféré de réalisation, le rayonnement provenant des réflecteurs concaves se présente sous la forme d'un faisceau collimaté qui est concentré sur le détecteur par une lentille collectrice L'analyse horizontale à grande vitesse conforme à l'invention est avantageusement -6 ment combinée avec un agencement d'analyse verticale tel

que celui pouvant être réalisé en utilisant un miroir deca-

drage mobile pour former un système d'analyse complet.

Puisque le système d'analyse conforme à l'in-

vention diffère considérablement-dans son concept des

analyseurs polygonaux connus, il-est difficile d'effec-

tuer une comparaison directe En général, cependant, la vitesse du moteur nécessaire pour assurer le balayage horizontal à grande vitesse peut normalement être réduite d'un facteur égal à quatre, c'est-à-dire qu'on passe d'une vitesse typique de 40 000 tr/min à une vitesse de

00 O tr/min L'efficacité d'analyse est augmentée de-

puis une valeur typique de 25 % pour des analyseurs poly-

gonaux jusqu'à pratiquement 100 % pour l'analyseur à disque Le poids du disque rotatif utilisé conformément à l'invention peut être de l'ordre de 1/10 du poids du polygone tournant Les dimensions nécessaires du miroir de cadrage pour l'analyse verticale et les dimensions nécessaires pour le télescope associé au système sont

dans les deux cas plus petites que ce qui serait néces-

saire pour un système comparable utilisant une analyse avec polygone En outre, ces systèmes d'analyse rapide à polygones nécessitent normalement que le polygone soit flacé dans une chambre mise sous vide pour réduire

les pertes-provoquées par l'air alors que, dcans le sys-

tème conforme à l'invention, il ne se pose pas de pro-

blèmes importants dus à l'air du fait de la conception

du disque et de la faible vitesse de rotation nécessaire.

Le système d'analyse conforme à l'invention peut être utilisé pour une "lecture" ou une "écriture' et, en outre,il peut effectuer les deux opérations simultanément en utilisant le même miroir de cadrage et la même rangée de réflecteurs concaves Des systèmes de lecture/écriture simultanés sont utilisables pour une intensification d'image, tels que ceux utilisés dans des dispositifs d'observation nocture, ou bien pour effectuer des transformations de rayonnements, comme ceux nécessaires pour convertir une image en

infra-rouge en un affichage en lumière visible.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de

la description, donnée à titre d'exemple non limitatif,

en référence aux dessins annexés dans lesquels:-

la figure 1 est une vue en perspective de l'appareil d'analyse montrant les trajets optiques en cours d'analyse; les figures 2 A et 2 B sont respectivement une vue en élévation et une vue en plan de l'appareil de la figure 1;

les figures 3 et 4 sont des vues en coupe mon-

trant deux structures différentes de miroir à bande; la figure 5 est une vue en perspective d'un mode de réalisation comportant un miroir à bande incurvée;

la figure 5 A est une vue d'une rangée de détec-

teurs multiples utilisablesdans l'invention; les figures 6 A et 6 B sont respectivement une vue en élévation en coupe et une vue en bout montrant un dispositif d'analyse en ligne conforme à l'invention; la figure 6 C est un schéma à blocs montrant l'analyseur en ligne qui est relié à un télescope et à un détecteur; les figures 7 et 8 sont respectivement une vue en élévation et une vue latérale montrant un mode de réalisation dans lequel l'analyseur opère simultanément dans les modes de "lecture" et d'"écriture"; la figure 9 est une vue en perspective d'une

conception d'un miroir à bande avantageusement utili-

sable avec un rayonnement thermique; les figures 10 et il montrent l'utilisation d'une surface optique de miroir comme la "lentille" de

formation d'image.

On a représenté sur les figures 1, 2 A et 2 B, un système correspondant au principe de l'invention Une

scène 10 est analysée verticalement par un miroir de ca-

drage 20 oscillant à basse vitesse et elle est analysée horizontalement par des réflecteurs concaves mobiles qui sont placés sur un disque d'analyse 30 tournant à grande vitesse Le rayonnement analysé provenant de la scène 10 est concentré sur un détecteur 40 qui produit un signal électrique correspondant à l'intensité du rayonnement détecté Le système analyse par conséquent la scène et fournit un signal électrique approprié pour commander l'intensité d'un faisceau dans un dispositif d'affichage

vidéo analogue à un système de télévision.

Le miroir de cadrage 20 est un miroir poli plan

monté de manière à tourner autour d'un axe 22 comme in-

diqué sur la figure 1 Initialement, le miroir de ca-

drage 20 réfléchit de la lumière ou un rayonnement pro-

venant du haut de la scène 10, et ensuite, à mesure que le miroir 20 tourne, il se déplace vers le bas de la

scène pour réfléchir de la lumière provenant de posi-

tions progressivement inférieures de la scène 10 Lors-

que la base de la scène 10 est atteinte, le miroir 20

revient dans la position initiale supérieure aussi rapi-

dement que possible Le mouvement du miroir de cadrage 20 est effectué sous forme d'un balayage vertical en dents de scie répétitif, c'est-à- dire un mouvement s'effectuant graduellement du haut vers le bas et suivi par un court intervalle de "retour" Une diversité de techniques connues peuvent être utilisées pour produire le mouvement oscillatoire désiré du miroir, comme par exemple une action du type galvanomètre dans laquelle

le miroir est déplacé par une attraction êlectro-

magnétique en opposition à une force de rappel d'un ressort La fréquence de répétition du mouvement du miroir est conforme à la fréquence d'analyse verticale 9. désirée du système Une fréquence de répétition de soixante balayages par seconde serait typique pour une

analyse avec trame entrelacée à des fréquences de télé-

vision standard.

Le rayonnement provenant du miroir de cadrage 20 passe au travers d'une lentille 24 de formation d'image qui focalise le rayonnement sur un miroir à bande mince 26 La lentille de formation d'image 24 est télêcentrique, c'est-à-dire que différents faisceaux de rayons émergents

de la lentille sont sensiblement parallèles indépendam-

ment de leurs positions En outre, la lentille doit com-

porter une pupille d'entrée placée en avant d'elle dans

la position du miroir de cadrage 20 et elle doit con-

centrer le rayonnement sur le miroir à bande 26 placé

au delà de la lentille.

Le miroir à bande 26 est stationnaire et il est incliné pour réfléchir un rayonnement en direction

des réflecteurs concaves 32 (figure 2 B) du disque d'ana-

lyse 30 Le miroir à bande 26 comprend une surface ré-

fléchissante formée par une bande mince polie, qui peut être réalisée en utilisant une barre réfléchissante ou un ruban tendu poli comme illustré sur la figure 3, ou

bien en déposant sous vide un ruban métallique réflé-

chissant sur un substrat transparent, comme indiqué -

sur la figure 4 La largeur (la petite dimension) du ruban détermine la largeur de la zone analysée pendant une trace horizontale et elle doit être sélectionnée en correspondance Une largeur typique pour le miroir

à bande 26 serait d'environ 0,5 mm.

Le disque d'analyse 30 est agencé de façon à comporter une rangée circulaire de réflecteurs concaves 32 (figure 2 B) profilés en forme de creux dans un côté du disque Les réflecteurs concaves 32 sont placés sur un rayon commun du disque 30 en alignement avec le miroir à bande 26, comme indiqué sur la figure 2 A. Un rayonnement est réfléchi vers le haut à partir du miroir à bande 26 jusque sur un des réflecteurs concaves 32 représenté par exemple dans la position 35 (figure 1), puis vers le bas du miroir à bande 26 sous forme d'un faisceau collimaté Les réflecteurs concaves 32 sont de

préférence réalisés en utilisant une technique de tour-

nage avec diamant à une seule pointe, cette technique

étant connue dans l'industrie de fabrication de compo-

sants optiques Cependant, dans des systèmes de faible coût, le disque 30 comportant les réflecteurs concaves 32 peut être formé par estampage ou par moulage Les réflecteurs concaves sont dimensionnés de manière à avoir une distance focale correspondant à la distance

entre le disque d'analyse 30 et le miroir à bande 26.

La configuration concave idéale est parabolique, bien qu'une configuration sphérique puisse être préférée

dans certaines conditions.

Le faisceau collimaté provenant des réflecteurs concaves 32 passe au travers d'une lentille collectrice 38 qui concentre le faisceau sur un détecteur 40 par l'intermédiaire d'une ouverture de limitation de champ 39 L'ouverture de la lentille collectrice 38 doit être suffisamment grande pour recevoir les faisceaux de rayonnement provenant du disque d'analyse 30 dans

toutes les positions pouvant être prises par les ré-

flecteurs La lentille est agencée pour concentrer tous les faisceaux de rayonnement passant au travers

de l'ouverture 39 sur le détecteur de rayonnement 40.

La lentille doit être essentiellement exempte d'aberra-

tions.

Le type de détecteur utilisé dépend du'type de rayonnement a détecter et il peut par exemple être un détecteur photo-électrique si le système opère dans le spectre visible ou bien un détecteur d'infra-rouge

si le système opère dans le spectre de rayonnement thermique.

Si le système opère dans le domaine infrarouge, le dé-

tecteur est de préférence refroidi au moyen d'un réci-

pient Dewar afin de réduire les parasites thermiques ambiants Les détecteurs d'ultra-violet peuvent aussi être utilisés En outre-, le système peut être à spectres

multiples et on peut utiliser des détecteurs de diffé-

rents types pour détecter simultanément différents types de rayonnement La représentation de la figure 1 montre le trajet de faisceau-pour deux positions différentes 34 et 35 du réflecteur concave 32 Le miroir de cadrage est représenté dans une position correspondant au

centre vertical de la scène 10 à analyser, et en consé-

quence une rotation du disque 30 assure une analyse horizontale par le centre de la scène 10 Lorsqu'un

réflecteur se trouve dans une position 34 placée à-

gauche, le rayonnement provenant du côté gauche de la scène 10 est réfléchi par le miroir de cadrage 20 au travers de la lentille de formation d'image 24 vers

l'extrémité de gauche du miroir à bande 26 comme indi-

qué sur la figure 1 Le rayonnement est ensuite réfléchi vers le haut par le miroir à bande 26 vers le réflecteur concave 32 dans la position 34, puis vers le bas sous forme d'un faisceau collimaté devant le miroir à bande 26 et au travers de la lentille collectrice 38 jusqu'au

détecteur 40.

Quand le disque 30 tourne dans le sens con-

traire des aiguilles d'une montre, comme indiqué par la flèche sur la figure 1, le réflecteur concave 32 se

déplace vers la droite et capte un rayonnement prove-

nant de points progressant vers la droite du miroir à bande 26 Finalement la rotation du disque 30 amène

le réflecteur concave 32 dans une position 35 corres-

pondant au côté droit de la scène 10 et à 21 'extrémité de droite duimiroir à bande 26 De cette manière, une analyse horizontale de la scène 10 est effectuée de la gauche vers la droite, tandis qu'un des réflecteurs concaves 32 se déplace de la position 34 jusque dans la

position 35 Des balayages horizontaux répétitifs ef-

fectués par déplacement des réflecteurs concaves en combinaison avec le mouvement du miroir de cadrage pro- duisent une analyse du type tramé de l'ensemble de la scène.

Le nombre des réflecteurs, le diamètre du dis-

que et la vitesse de rotation sont des paramètres qui sont sélectionnés en concordance avec la vitesse désirée de balayage horizontal Le balayage horizontal pour des fréquences de télévision standard (en supposant deux

trames entrelacées par image et deux rangées de détec-

teurs) peut être effectué en utilisant vingt-quatre réflecteur placés sur un disque de 72 mm de diamètre

tournant à 19 700 tr/min.

Avec les miroirs à bande plats représentés sur

les figures 3 et 4, il se produit un captage d'un rayon-

nement dispersé par les réflecteurs concaves lorsqu'ils arrivent dans la position correspondant à l'extrémité du miroir ou lorsqu'ils quittent le miroir Dans un système à rayonnement thermique, ce problème peut être éliminé en utilisant un agencement de miroir à bande du type indiqué sur la figure 9 Une structure portante 150 est profilée de façon à former une surface inclinée plate 152 qui constitue le miroir à bande Sur le côté extérieur du miroir à bande, il est prévu des surfaces réfléchissantes incurvées 154 et 156 Les surfaces incurvées sont profilées de manière que, lorsque les réflecteurs concaves se trouvent dans des positions placées d'un côté ou de l'autre du miroir à bande, le détecteur voit une partie de la structure de détecteur

refroidie par le récipient Dewar au lieu de voir l'in-

térieur de l'analyseur La surface refroidie, norma-

lement à 77 K, émet un très faible rayonnement thermique et, en conséquence, un très faible rayonnement

dispersé est capté Les surfaces 152, 154 et 156 du sup-

port de miroir sont polies et reçoivent un revêtement réfléchissant Le fait que les réflecteurs concaves suivent- un trajet incurvé pendant l'analyse du miroir à bande linéaire engendre une certaine distorsion dans l'analyse puisque les réflecteurs ne peuvent pas être focalisés sur le cen 4:re exact du miroir à bande d'une extrémité à

l'autre Si les réflecteurs sont alignés pour une foca-

lisation correcte sur le centre du miroir à bande, la focalisation sera légèrement excentrée aux extrémités du miroir en créant ainsi une déformation dans l'analyse du fait de la courbure Normalement, la déformation causée par cette source est de l'ordre de 5 % O ou moins

et elle peut être tolérée sans correction Dans des sys-

tèmes utilisés pour une reconnaissance ou une observation d'objet, les effets imputables à une distorsion d'analyse

seraient difficiles à remarquer.

Dans des systèmes d'analyse de précision o une distorsion doit être réduite au minimum, on peut éliminer la distorsion d'analyse en utilisant un miroir à bande incurvée 50, comme indiqué sur la figure 5 Dans ce mode de réalisation, la lentille 24 forme son image sur une surface sphérique d'un rayon égal au rayon RD du disque d'analyse linéaire La distance de pupille de sortie de la lentille de formation d'image 24 est égale au rayon RD du disque d'analyse linéaire, et elle est située sur le côté du plan-image correspondant à la lentille Le miroir à bande 50 est un segment de cône à la place d'un plan, de sorte que le miroir-à un rayon de courbure qui est-aussi égal au rayon R du disque D

d'analyse linéaire, et il possède -une surface réflé-

chissante inclinée typiquement à 45 Avec cet agence-

ment, le rayonnement passant par la lentille de formation d'image 24 est réfléchi vers le haut vers des réflecteurs concaves 32 du disque d'analyse 30 et les réflecteurs 32 maintiennent l'alignement centré par rapport au miroir

à bande 50 pendant la totalité du déplacement-.

Une distorsion-d'analyse peut: également être compenséelors du traitement électronique du signal de sortie de l'analyseur Puisque la distorsion d'analyse

est fonction de la position au cours du balayage hori-

zontal, une compensation peut être assurée par des tech-

niques numériques ou analogiques appropriées, en synchro-

nisation avec l'intervalle de balayage horizontal.

La lentille de formation d'image peut être du type catadioptrique, c'està-dire qu'elle peut comprendre a la fois des lentilles et des miroirs ayant des surfaces convexes ou concaves En outre, comme indiqué sur les figures 10 et 11, elle peut simplement se composer d'un miroir si le F/nombre de composants de formation d'image est suffisamment grand pour permettre d'obtenir une

qualité d'image satisfaisante.

Comme le montre mieux la figure 11, avec ce

mode de réalisation, un rayonnement incident est réflé-

chi par un miroir de cadrage 160 de façon à passer au

travers d'une lentille-à ménisque 162, puis sur un mi-

roir -à bande 166 pour parvenir à une "lentille" 164 formant réflecteur de formation d'image Le rayonnement est ensuite focalisé sur un miroir à bande 166 et il est réfléchi vers les réflecteurs concaves 170 d'un disque tournant 16-8 duquel il sort sous forme d'un faisceau collimaté Le faisceau collimaté passe sur

le miroir à bande 166 et il est focalisé sur le dé-

tecteur d'une unité à détecteur/Dewar 174 au moyen d'un réflecteur collecteur 172 Le miroir à bande 166

est généralement du type précédemment décrit en réfé-

rence à la figure 5, c'est-à-dire que le miroir est

constitué par une section d'une surface conique.

Dans ce cas,le miroir à bande-incurvée est constitué par la surface extérieure d'un cône ayant un demi-angle de 450 et un axe qui est coaxial à l'axe de rotation du disque 168, comme indiqué par les lignes en traits interrompus 176 Dans cette application, le miroir à

bande conique élimine non seulement la distorsion d'ana-

lyse, mais il fait également en sorte que les rayons sortant de la "lentille" 164 de formation d'image soient dirigés avec précision sur les réflecteurs du

disque en vue de satisfaire ainsi à des conditions télé-

centriques La lentille de formation d'image 164 est un miroir concave ayant un contour sphérique d'un rayon

égal à la distance à partir du sommet du miroir de ca- drage 160 Avec cette configuration, les faisceaux de lumière centrés sur

l'axe et excentrés sont réfléchis par le miroir de cadrage et forment une image de la

même manière.

L'image réfléchie du miroir 164 est située sur une surface sphérique qui est interceptée par le miroir à bande incurvée 166 Le rayon de courbure de l'image est la moitié du rayon de courbure du miroir de formation d'image 164 et il est égal au rayon RD du

disque d'analyse (Figure 10).

L'avantage de cette configuration consiste en ce que des aberrations d'excentrement et chromatiques sont virtuellement inexistantes Il se produit seulement

des aberrations sphériques du type axial qui sont uni-

formes et identiques pour tous les points excentrés du champ Aucune correction de ces aberrations n'a besoin d'être faite si le E/nombre de rayons de formation d'image est suffisamment grand, ou bien si la longueur d'onde du rayonnement est suffisamment longue, ou bien si des

impératifs de résolution ne sont pas demandés Lors-

qu'une correction est nécessaire-, celle-ci peut être aisément réalisée en utilisant une lentille à ménisque

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162 de structure concentrique comportant des centres de courbure dans la pupille d'entrée (sommet du miroir de cadrage ( 160) Des systèmes de lentilles de ce type sont connus sous la désignation "systèmes de BouwersM 4 aksutov" et ils ont été décrits par Kingslake dans "Lens Design Fundamentals", Academic Press, 1978, pages 311-313 La

lentille 162 peut être placée soit en arrière de la pu-

pille d'entrée (comme indiqué sur la figure 11) soit en avant de la pupille d'entrée Un avantage de disposition de la lentille en avant de la pupille d'entrée consiste en ce qu'elle peut également servir de fenêtre protectrice

à l'entrée.

Dans la description faite ci-dessus, le détec-

teur 40 (figures 1 et 2 A) a été considéré comme un dé-

tecteur d'un seul point Cependant, dans certains cas,

des rangées à détecteurs multiples telles que celle repré-

sentée surla figure 5 A offrent plusieurs avantages.

Une rangée linéaire 52 d'éléments détecteurs alignés dans la direction de balayage horizontal voient les éléments d'image en série Si des retards temporels appropriés sont introduits, les mesures séparées de rayonnement peuvent être combinées de manière à obtenir

une amélioration sensible du rapport signal/bruit.

L'amélioration du rapport signal/bruit résultant du

* processus de retardement et d'intégration est propor-

tionnelle à la racine carrée du nombre d'éléments détec-

teurs dans la rangée linéaire.

Des détecteurs multiples placés dans des ran-

gées séparées 54 permettent une analyse en parallèle de plusieurs traces horizontales différentes en même temps pendant un seul passage d'un réflecteur concave devant le miroir à bande Deux détecteurs de ce genre peuvent être utilisés en vue de former commodément

deux trames entrelacées par image d'analyse tramée.

Avec un-seul détecteur, l'ensemble du système optique de l'analyseur opère "axialement" pour toutes

les positions d'analyse Une rangée de détecteurs mul-

tiples ne peut pas opérer entièrement "axialement" et en conséquence elle est plus affectée par des aberrations de lentilles Cependant, on peut prévoir de l'ordre de huit éléments détecteurs dans une rangée horizontale et de l'ordre de huit rangées d'éléments sans qu'il se

produise une dégradation sérieuse des qualités d'image.

Un avantage du système conforme àl'invention consiste en ce que le rayonnement transmis entre les réflecteurs concaves et la lentille collectrice ou le miroir juste avant le détecteur se présente sous la forme d'un faisceau collimaté et, en conséquence, les composants optiques intervenant dans cette partie du système peuvent être pliés sans altération sensible des performances optiques Par pliage du système optique, l'analyseur peut être rendu plus compact et il peut être agencé de manière à obtenir les configurations globales désirées Un mode préféré de réalisation de l'invention est représenté sur les figures 6 A à 6 C o un analyseur en ligne 62 est aligné axialement avec un télescope 60 et un ensemble détecteur d'infra-rouge

Dewar 64.

L'analyseur, mieux visible sur les figures 6 A

et 6 B, est engagé dans un carter cylindrique 70 compor-

tant d'un côté une bride 71 de montage de télescope.

Une fenêtre en germanium 76 établit au travers du centre de la bride 71 une ouverture appropriée pour

une liaison optique du télescope 60 avec l'analyseur 62.

Un socle 62 fileté extérieurement s'emboîte dans le côté ouvert du carter 170 et comprend un bossage 74 faisant saillie vers l'intérieur et pourvu d'un trou central approprié pour une liaison des éléments optiques d'analyse avec le détecteur 64 Le détecteur 64 est monté au moyen d'une bride appropriée 73 Les brides 71 et 73 et les ouvertures ménagées dans les brides sont

telles que le télescope 60, l'analyseur 62 et le détec-

teur 64 soient tous alignés axialement.

Le disque d'analyse 80 comprend un réseau cir-

culaire de réflecteurs concaves 81 et il est solidaire d'un arbre cylindrique 82 L'arbre 82 est monté de façon à pouvoir tourner autour du bossage 74 au moyen d'une

paire duplex de roulements à billes 86 Le disque d'ana-

lyse 80 est entraîné par un moteur synchrone à hystéré-

sis qui est logé dans le carter 70 Le moteur comprend une structure de stator 84 pourvue d'enroulements 85 et une structure de rotor-à aimant permanent 83 montée

autour de l'arbre cylindrique d'entraînement 82.

Le moteur peut comporter un enroulement triphasé de

stator qui est excité par un système de commande ex-

terne par l'intermédiaire d'un connecteur 88 Des si-

gnaux de détection de vitesse servant à la commande de

la vitesse du moteur sont également transmis par l'in-

termédiaire du collecteur 88 et ils peuvent provenir soit de détecteurs Hall incorporés au moteur, soit de détecteurs photo-électriques opérant sur le disque

d'analyse 80 Un système approprié de commande de vi-

tesse peut être utilisé, par exemple une boucle de ver-

rouillage de phase comparant les signaux de détection de vitesse avec une horloge de référence Des signaux nécessaires pour une synchronisation de systèmes vidéo externes peuvent aussi être obtenus à partir du disque

d'analyse 80 par l'intermédiaire de détecteurs photo-

électriques, ces signaux étant également appliqués par

l'intermédiaire du connecteur 88.

Le miroir de cadrage 90 est placé dans la pu-

pille de sortie du télescope 60 Le miroir de cadrage 90 est entraîné par une unité d'entraînement 89 du type galvanomètre (figure 6 A) qui fait tourner le miroir d'environ 11 degrés depuis le haut jusqu'en bas de la 1783 scène en train d'être analysée Des systèmes appropriés d'entrainement du miroir de cadrage sont disponibles

commercialement auprès de "General Scanning, Inc ".

Le miroir de cadrage 90 est déplacé en correspondance à une forme d'onde en dents de scie à une fréquence de hertz et avec un temps de "retour" inférieur à 0,115 seconde de manière à être compatible avec le format vidéo EIA RS-170 Le miroir est de préférence formé de béryllium ou d'un autre matériau résistant et de poids léger Des dimensions appropriées pour le miroir

sont de 25,4 par 13,5 mm et de 1,3 mm d'épaisseur.

L'unité à lentille de formation d'image 91 est télécentrique et elle est placée dans une position aussi proche que possible du miroir de cadrage 90 et du miroir à bande 92 La pupille d'entrée de la lentille de formation d'image est placée au centre du miroir de cadrage 90 tandis que la pupille de sortie est placée essentiellement à l'infini pour établir les conditions télécentriques Une lentille à deux éléments formée de

germanium est utilisée avec deux parties asphériques.

Le miroir à bande 92 se présente sous la forme indiquée sur la figure 9 et il comprend une partie réfléchissante placée au centre et inclinée de façon à réfléchir un rayonnement vers le disque d'analyse 80 Les dimensions nominales de la surface réfléchissante plane'du miroir

à bande sont de 0,5 par 6,4 mm.

Le disque d'analyse 80 comprend vingt-quatre

réflecteurs concaves 81 ayant chacun un diamètre de 6,4 mm.

Les réflecteurs 81 ont un contour de surface paraboloidal et une vitesse d'environ F/1,0 La vitesse de rotation dépend du système détecteur utilisé et en particulier du nombre de traces horizontales qui sont analysées

simultanément Pour deux rangées de détecteurs, la vi-

tesse du moteur est d'environ 20 000 tr/min alors que, pour huit rangées de détecteurs, la vitesse du moteur est réduite à environ 5 000 tr/min La distance entre les centres de réflecteurs est de 7,4 mm et une distance de 1 mm est laissée entre des réflecteurs pour établir un intervalle horizontal de suppression et pour obtenir des tolérances mécaniques confortables. Le trajet optique est indiqué sur la figure 6 B

par les flèches s'étendant du télescope 60 vers le dé-

tecteur 64 Un rayonnement provenant du télescope 60 est réfléchi par le miroir de cadrage 90, il passe au travers de la lentille de formation d'image 91 et il est ensuite réfléchi par le miroir à bande 92 vers le

réseau de réflecteurs concaves 81 Le rayonnement sor-

tant des réflecteurs ai se présente sous la forme d'un faisceau collimaté qui est plié de manière à ramener le faisceau sur l'axe d'origine du télescope 60 en vue de sortir par le centre du moteur au travers d'une lentille collectrice 99 Des miroirs 93 à 95 sont montés de façon appropriée dans le carter 70, comme indiqué, pour établir le trajet désiré La lentille collectrice 99 comprend deux éléments en germanium dont toutes les

surfaces sont sphériques.

Pour augmenter au maximum la transmission op-

tique à l'intérieur de l'analyseur, tous les éléments en germanium sont de préférence associés à un revêtement anti-réfléchissant diélectrique de haute efficacité et toutes les surfaces réfléchissantes sont revêtues d'une couche d'or ou d'un revêtement diélectrique multicouches qui établit une capacité de réflexion de 99 % ou plus dans la zone du spectre pour laquelle l'analyseur est

conçu.

Les paramètres de conception du système optique correspondant au-mode préféré de réalisation représenté

sur les figures 6 A à 6 C sont les suivants -

Données de système

Champ de vision -

Distance focale équivalente Diamètre de pupille d'entrée F/Nombre Transmission Distorsion d'analyse Données de Champ de vision Distance focale équivalente Diamètre de pupille d'entrée F/Nombre Dimension d'image Données de réflecteur de Champ de vision Diamètre de pupille d'entrée Rayon de courbure Distance focale Ouverture F/Nombre Dimension d'image lentille de formation d'image

28,0

12,7 mm 12,7 mm 1,0 6,4 x 4,8 mm disque d'analyse 2,5 6,4 mm 12,7 mmn 6, 4 rm 6,4 ma 1,0 0,25 x 0,25 mnm Données de lentille collectrice Champ de vision Diamètre de pupille d'entrée Ouverture Distance focale F/Nombre Dimension d'image 2,5 6,4 en 12,7 x 6,4 mm 12,7 mm 2,0 0,5 x 0,5 mm La figure 7 et la figure 8 représentent un autre mode de réalisation de l'invention opérant dans les deux modes de "lecture" et d'"écriture" Ce système analyse

une scène en infra-rouge en utilisant un détecteur d'infra-

rouge Le signal électrique sortant est amplifié et est

28,0

,4 mmn 12,7 mm 2,0 % 3,5 % ensuite utilisé pour commander une source de lumière

visible telle qu'une diode émettrice de lumière (LED).

De la lumière Visible est ensuite transmise au travers du système d'analyse pour former une image vidéo visible correspondante Le même miroir de cadrage et la même rangée de réflecteurs concaves sont utilisés dans les deux modes de"lecture" et d'écriture" afin de réduire au minimum les composants du système et de maintenir un

synchronisme exact entre les deux modes opératoires.

Un rayonnement infra-rouge incident 100 est réfléchi par le miroir de cadrage 102 et il passe au travers d'un système de lentille de formation d'image 104 pour former une trace linéaire sur le miroir à bande 106 Le miroir à bande 106 réfléchit le rayonnement

infra-rouge vers les réflecteurs concaves 108 se trou-

vant sur le disque d'analyse 110 Le rayonnement sort des réflecteurs 108 sous forme d'un faisceau collimaté qui passe sur le miroir à bande 106 pour arriver sur un réflecteur collecteur parabolique excentré 114 qui

focalise le faisceau collimaté sur un détecteur d'infra-

rouge se trouvant dans un récipient Dewar 116.

Le miroir de cadrage 102 est entraîné par une unité d'entraînement galvanométrique 101 (rigure 8) qui

assure le balayage vertical tandis que le disque d'ana-

lyse 100 est entraîné par un moteur 112 pour 7 assurer le balayage horizontal Le système qui vient d'être décrit fonctionne essentiellement de la même manière

que précédemment décrit en référence aux figures 1 à 4.

Le signal provenant du détecteur d'infra-rouge

116 est amplifié (au moyen d'un amplificateur non repré-

senté) et-il est ensuite utilisé pour commander l'in-

tensité d'une source de lumière-visible telle qu'une diode émettrice de lumière (LED) 120 La lumière visible

passe au travers de l'analyseur dans la direction in-

verse afin de reproduire oud '"écrire" la même scène en lumière visible De la lumière provenant de la diode passe au travers d'un orifice pour parvenir sur un réflecteur collecteur 122 qui forme un faisceau collimaté

dirigé vers la rangée circulaire de réflecteurs se trou-

vant sur le disque 110 Comme indiqué sur la figure, le faisceau est dirigé vers une partie du disque qui est

différente de celle utilisée pour l'analyse en infra-

rouge, par exemple une partie décalée de 90 degrés par

rapport à la première.

Le faisceau lumineux est concentré sur un miroir à bande 124 (figure 8) qui réfléchit à son tour la lumière

vers une lentille de collimation 126 Le faisceau colli-

maté est réfléchi par des miroirs 128 à 132 successive-

ment vers le côté inverse du miroir de cadrage 102 La lumière est ensuite réfléchie sur le côté inverse du miroir de cadrage 102 et elle passe au travers d'une lentille-objectif 136 (figure 7) pour créer une image en lumière visible sur un écran 138 qui est de préférence du type d'intensification d'image si une diode émettrice de lumière de faible niveau d'énergie est utilisée comme source lumineuse En variante, la source lumineuse 120 pourrait être un laser de haute intensité et dans ce cas une intensification d'image ne serait normalement pas nécessaire L'image peut être observée au travers

d'un oculaire 140 De préférence, les éléments optiques -

de formation d'image inversent l'image de haut en bas de manière qu'elle apparaisse avec la même orientation

que la scène d'origine.

Avec cet agencement, le système d'analyse con-

forme à l'invention est utilisé pour analyser une scène en infra-rouge et pour reconstituer la scène sous forme d'une image en lumière visible, en assurant ainsi une amplification d'image et, également, une commutation du

spectre de l'infra-rouge en lumière visible.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1 Système d'analyse dans lequel une scène est

analysée suivant un motif orthogonal comprenant des tra-

ces linéaires d'analyse dans une des directions orthogo-

nales, caractérisé en ce qu'il comprend un disque d'ana-

lyse rotatif ( 30) comportant une rangée circulaire de réflec-

teurs concaves ( 32) sur une surface plane de'ce disque, un moyen de formation d'image ( 26) sur lequel apparaît la trace d'analyse linéaire, ladite trace d'analyse linéaire étant séparée desdits réflecteurs concaves ( 32) d'une distance égale à la distance focale desdits réflecteurs concaves ( 32), et un moyen de détection de rayonnement ( 40) positionné de manière à détecter l'intensité du rayonnement réfléchi par lesdits réflecteurs concaves

( 32).

2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de formation d'image est un miroir

à bande ( 26, 50).

3 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits réflecteurs concaves ( 32) sont profilés de manière qu'une énergie rayonnante partant de ceux-ci se présente sous forme d'un faisceau collimaté, et en ce que ledit système comprend en outre un moyen ( 38) pour concentrer ledit faisceau collimaté sur ledit moyen de

détection de rayonnement ( 40).

4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen de concentration est une lentille

collectrice ( 38) ou un réflecteur parabolique ( 81).

Système selon la revendication 1, caractérisé

en ce que lesdits réflecteurs concaves ( 32) sont parabo-

liques ou sphériques -

6 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de détection de rayonnement comprend des détecteurs multiples ( 52) positionnés de manière à détecter successivement un rayonnement provenant du même

point de la scène en train d'être analysée ( 10).

7 Système selon la revendication 1, caractérisé

en ce que ledit moyen de détection de rayonnement com-

prend une pluralité de détecteurs ( 52) positionnés pour

détecter simultanément un rayonnement provenant de dif-

férentes traces linéaires de la scène en train d'être

analyse ( 10).

8 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de détection de rayonnement ( 40; 54;

64) est sélectionné parmi les détecteurs de lumière vi-

sible, de rayonnement infra-rouge et de rayonnement ultra-

violet. 9 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de détection de rayonnement ( 40; 54; 64) comprend une pluralité de détecteurs capables chacun

de détecter un rayonnement dans un domaine spectral dif-

férent. Système d'analyse tramé pour produire une image du type vidéo faisant intervenir une analyse linéaire parallèle d'éléments d'image caractérisé en ce qu'il comprend un disque d'analyse rotatif ( 80; 110, 168) comprenant une rangée circulaire de réflecteurs concaves ( 81; 108; 170) placés sur une surface plane de celui-ci; un moyen de formation d'image ( 91; 104; 164) séparé desdits réflecteurs concaves ( 81; 108; 170) d'une distance égale à la distance focale desdits réflecteurs concaves; et un moyen d'émission de rayonnement ( 60; 120) positionné de manière à émettre un rayonnement avec une intensité contrôlée en direction de ladite rangée de réflecteurs concaves ( 81; 108; 170)

pour former une image d'analyse linéaire.

11 Système selon la revendication 10, compre-

nant en outre un moyen pour former à partir du rayonne-

ment provenant du moyen d'émission de rayonnement un

faisceau collimaté dirigé vers ledit réseau de réflec-

teurs concaves ( 81; 108; 170).

2.6 12 Système d'analyse pour assurer une analyse

orthogonale d'une scène, caractérisé en ce qu'il com-

prend un miroir de cadrage ( 90; 160) pour assurer une analyse verticale à basse vitesse de la scène; un disque d'analyse rotatif ( 80; 168) comportant une rangée circu- laire de réflecteurs concaves ( 81; 170) sur une surface plane; un miroir à bande ( 92; 166) pour réfléchir un rayonnement provenant dudit miroir de cadrage ( 92; 166) vers ladite rangée circulaire de réflecteurs concaves ( 81; 170), ledit miroir à bande étant séparé desdits réflecteurs concaves d'une distance égale à la distance focale desdits réflecteurs concaves; et un moyen de détection de rayonnement ( 64; 174) positionné de manière à détecter l'intensité du rayonnement réfléchi par ledit miroir à bande et par au moins l'un desdits réflecteurs concaves.

13 Système selon la revendication 12, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de formation d'image télécentrique ( 91; 164) placé entre ledit miroir de cadrage ( 90; 160) et ledit miroir à bande ( 92; 166)

de manière qu'une trace linéaire de ladite scène appa-

raisse sur ledit miroir à bande en concordance avec la

position du miroir de cadrage.

14 Système selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que ledit moyen de formation d',image télé-

centrique est une lentille ( 91) ou un miroir concave

de formation d'image ( 164).

Système selon la revendication 14, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre une lentille à ménisque concentrique ( 162) placée avant ledit miroir

concave de formation d'image ( 164).

16 Système selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que ledit miroir à bande ( 166) est

une section d'une surface conique.

2,7 17 Système d'analyse selon la revendication 12,

caractérisé en ce qu'un rayonnement sort desdits réflec-

teurs concaves sous forme d'un faisceau collimaté, et en

ce que ledit système comprend en outre un moyen collec-

teur ( 99) pour concentrer ledit faisceau collimaté sur

ledit moyen de détection de rayonnement.

18 Système selon la revendication 17, carac-

térisé en ce que le moyen collecteur est une lentille

( 99) ou un réflecteur parabolique.

19 Système selon la revendication 17, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre au moins une surface réfléchissante placée entre ladite rangée de réflecteurs concaves et ledit moyen collecteur ( 99) pour couder le

trajet optique -

20 Système selon la revendication 19, carac-

térisé en ce que le trajet optique en direction du miroir

de cadrage ( 90; 160) est aligné avec le trajet aboutis-

sant audit moyen de détection de rayonnement ( 174).

21 Système selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que ledit miroir à bande ( 92; 106; -166) est une section de surface-conique, ou bien un ruban

de matière réfléchissante, ou bien une bande réflé-

chissante placée sur un substrat transparent.

22 Système selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que ledit moyen de détection ( 116) est monté sur une surface refroidie et comprend en outre des surfaces incurvées adjacentes audit miroir àbande de façon que ledit moyen de détection voie ladite surface refroidie dans des régions extérieures au

balayage par l'intermédiaire dudit miroir à bande.

23 Système selon la revendication 12, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre un moyen émetteur de rayonnement ( 120) positionné de manière à émettre un rayonnement à une intensité contrôlée vers ladite rangée de réflecteurs concaves pour former une image

d'analyse linéaire.