FR2586519A2 - Dispositif de balayage optico-mecanique - Google Patents

Abstract

CE DISPOSITIF ASSURE LE BALAYAGE OPTIQUE D'UN CHAMP DE VISION SELON DEUX DIRECTIONS PERPENDICULAIRES DITES LIGNE ET TRAME. LE DISPOSITIF ASSURE LA CONVERGENCE DES FAISCEAUX OPTIQUES ISSUS DES DIFFERENTES ZONES DU CHAMP SUR UN ELEMENT SENSIBLE. LES MOYENS DE BALAYAGE LIGNE COMPORTANT UN MIROIR FIXE TORIQUE DE REVOLUTION AUTOUR DE L'AXE DE ROTATION DESDITS MOYENS DE BALAYAGE LIGNE FORMANT UNE IMAGE DE L'ELEMENT SENSIBLE SUR LEDIT AXE DE ROTATION. SELON L'INVENTION, CE MIROIR EST FORME DE DEUX PARTIES APPARTENANT CHACUNE A LA SURFACE CONCAVE D'UN PARABOLOIDE, LES AXES ET SOMMETS DES DEUX PARABOLOIDES ETANT SITUES SUR LEDIT AXE DE ROTATION OU RESPECTIVEMENT SUR LEDIT AXE ET UN AUTRE AXE QUI LUI EST PERPENDICULAIRE. APPLICATION A LA VISION NOCTURNE.

Description

La présente invention est une première addition à celle qui fait l'objet

de la demande de brevet n 75 03 923 déposée le

7 Février 1975 au nom de la demanderesse.

Elle constitue un perfectionnement au dispositif de balayage o-ticn d'un champ de vision et de visualisation dudit

champ décrit hnsladite demande de brevet.

Selon cette demande de brevet, il est mis au point un dispositif de balayage optique d'un champ de vision divisé en différentes zones et de visualisation dudit champ, dispositif selon lequel ledit balayage est effectué suivant deux directions

perpendiculaires à savoir, selon une direction x un balayage dé-

nommé balayage ligne et, suivant une autre direction y, un balaya-

ge dénommé balayage trame ou image, dispositif opérant lesdits balayages selon des faisceaux issus des différentes zones du champ

et assurant la convergence desdits faisceaux sur un élément sen-

sible au rayonnement contenu dans lesdits faisceaux, dispositif comportant généralement dans l'ordre, suivant le sens du trajet du faisceau incident médian issu du champ de vision., un objectif, des moyens de balayage trame selon la direction y, un système de rabattement des faisceaux délimités par l'ouverture de l'objectif vers des moyens de balayage ligne du champ image de l'objectif selon la direction x et l'élément sensible, lesdits moyens de

balayage ligne, l'élément sensible, éventuellement d'autres élé-

ments en rapnort avec ceux précédemment cités servant à la visua-

lisation directe de l'image du champ analysé, ledit dispositif étant remarquable en ce que: - l'objectif a son axe optique compris dans un plan P contenant la direction y et perpendiculaire à x, en ce que ledit objectif est interchangeable et que sa surface focale est courbe et tel que son centre de courbure est situé au centre de la pupille de sortie de l'objectif, - les moyens de balayage trame sont constitués d'un miroir plan

tournant d'un mouvement alternatif autour d'un axe parallèle à.

la direction x, placé en faisceau convergent derrière l'objec-

tif près de l'image du champ dans ledit objectif, - les moyens de balayage ligne sont constitués d'une part d'un tambour en rotation uniforme autour d'un axe fixe YY' contenu

dans ledit plan P et portant un grand nombre de faces planes rc-

fléchissantes régulièrement distribuées sur le pourtour dudit

tambour, et. rl'autre parente système de transport d'image symétri-

que par ramSort audit Golan P formant une image de l'élément sen-

sible en un point fixe A' de l'axe YY' de rotation du tambour, ledit tambour étant placé en faisceau convergent dans le trajet dudit système de transport du c8té image de l'élément sensible, le symétrique dudit point A' par repport à chaque face du tambour

lorsque ladite face est perpendiculaire au plan P étant au voisi-

nage du point D symétrique du foyer de l'objectif par rapport au miroir de trame en position parallèle à YY', - le système optique de rabattement des faisceaux est constitué d'un miroir concave dit de champ admettant le plan P comme plan de symétrie et dont le sommet est placé au voisinage de D sur l'axe ZZ' passant par D et perpendiculaire à YY', ledit miroir étant déterminé de telle sorte qu'il conjugue le centre O de la pupille de sortie de l'objectif avec un point fixe O' de l'axe YY', ledit point O' étant le symétrique par rapport à ZZ' du point d'intersection de l'axe optique de l'objectif avec l'axe YY', ledit miroir de champ,pour assurer éventuellement la nullité du temps mort de balayage entre deux lignes consécutives,ayant au plus une largeur dans le sens x légèrement inférieure à la longueur de la ligne analysée elle-même égale à la distance entre les images du détecteur dans deux faces consécutives du tambour tournant, ledit miroir étant animé ou non d'un mouvement de petite amplitude en phase avec le mouvement des moyens de balayage trame, ledit petit mouvement comportant d'une part une translation alternative selon l'axe ZZ' au voisinage de D et une rotation alternative autour d'un axe parallèle à la direction x symétrique par rapport à ZZ', l'amplitude de ladite translation étant telle qu'elle corrige la

défocalisation introduite par les moyens de balayage trame, l'am-

plitude de ladite rotation étant telle qu'elle assure la fixité en O' du conjugué par le miroir de champ du centre O de la pupille de sortie de l'objectif lors de la rotation alternative des moyens

de balayage trame.

l__per-rectionnement selon la présente invention porte sur un mode de réalisation des moyens de balayage ligne et plus particulièrement du système symétrique par rapport au plan P de transport d'image de l'élément sensible en un point fixe A' de

l'axe YY'.

Dans la demande de brevet, ce systmie de transport

est principalement décrit sous forme d'un miroir torique de révo-

lution autour de YY' de section elliptique, par un plan contenant

YY' et dont l'axe principal est occupé par l'élément sensible.

Selon un autre mode de réalisation, le système de transport d'i-

,nagA en A' du capteur sur.'axe YY' appartenant aux moyens de ba- layage ligne est un objectif A lentilles, l'élément sensible se trouvant en dehors de l'axe YY', la distance focale de l'objectif étant déterminée pour que l'image A' sur YY' dudit élément sensible

soit située par rapport A D comme précédemment indiqué.

L'utilisation d'un ellipsoïde selon le premier mode de réalisation rappelé n'est pas très adapté lorsque le capteur a

d'assez grandes dimensions du fait que l'ellipsoïde n'est pas apla-

nétique. C'est par exemple le cas lorsque ce capteur est constitué

d'une mosaïque de détecteurs.

L'utilisation d'un transport d'image au moyen d'un ob-

jectif à lentilles selon le deuxième mode de réalisation présente de son côté l'inconvénient d'exclure de l'analyse des objets,tout une partie du spectre de la lumière, notamment une grande partie

du spectre infrarouge et visible.

Selon la présente invention, il est remédié à ces in-

convénients et insuffisances.

Au lieu d'utiliser une éllipse, il est proposé d'utili-

ser l'ensemble de deux paraboloides de révolution autour de l'axe

YY' montés face à face de telle sorte qu'ils conjuguent optique-

ment le capteur A avec le point A' de l'axe YY'. Un tel couple de

miroirs étant aplanétiques permet l'utilisation de capteurs d'as-

sez grandes dimensions en forme de mosaïque de détecteurs au lieu

d'un détecteur unique de dimensions restreintes.

Dans le cas ou le détecteur se trouve placé en dehors dle l'axe YY', l'invention utilise un moyen de transport d'image en A' situé sur l'axe YY',constitué uniquement de miroirs de telle sorte que l'analyse s'effectue aussi bien dans le visible que l'infrarouge. Plus particulièrement, ce moyen de transport d'image comporte les deux paraboloides de révolution précédents, l'un

d'eux ayant subi une rotation de telle sorte que son axe de révo-

lution coupe YY' et aue sa surface réfléchissante soit en regard de YY', le capteur se trouvant placé à son foyer en dehors de l'axe YY', un système de miroirs plans assurant éventuellement

le coudage du faisceau entre les deux paraboloides.

L'invention sera mieux comprise à& l'aide de la descrip-

tion suivante de deux modes de réalisation donnés à titre d'exem-

ple non limitatifs, ladite description étant accompagnée de des-

sins qui représentent: - Fig. 1 - Une représentation en coupe d'un mode de réalisation drl dispositif faisant l'objet du brevet principal dont les moyens

de balayage ligne sont munis du système, selon la présente in-

vention, de transport d'image du capteur situé sur l'axe de rota-

tion du dispositif.

- Fig. 2 - Une représentation partielle en coupe d'un mode de ré-

alisation du dispositif faisant l'objet du brevet principal dont les moyens de balayage ligne sont munis du système à miroirs, selon la présente invention, de transport d'image du capteur situé

en dehors de l'axe de rotation du dispositif.

Pour la figure 1 on retrouve suivant une coupe par son plan P de symétrie la structure d'ensemble du dispositif faisant l'objet du brevet principal. Sous le numéro 11 est indiqué un objectif fixe dont l'axe optique est 12 et le foyer F. L'objectif

11 est représenté sur cette figure comme réalisé à l'aide de len-

tilles. On sait selon le brevet principal que cet objectif peut tout aussi bien être réalisé à partir de miroirs. L'axe optique 12 coupe l'axe YY' au point E. L'axe YY' est l'axe de rotation d'un système comprenant un dispositif d'entra!nement 13 et un

tambour 13' portant latéralement un grand nombre de faces réflé-

chissantes. Comme indiqué dans le brevet principal, ce tambour peut avoir plusieurs formes. Il est supposé ici prismatique, ses faces réfléchissantes étalnt régulièrement réparties autour de

l'axe YY'. L'une de ses faces est représentée en 17 dans une po-

sition perpendiculaire au plan P. Le miroir plan 14 est mobile autour d'un axe perpendiculaire à la feuille et passant par E. En fait, selon l'invention, cet axe ne passe pas obligatoirement

par E. Cette disposition représentée sur la figure 1 est seule-

ment préférentielle dans le cas o le dispositif, comme indiqué dans le brevet principal, est muni de moyens supplémentaires pour obtenir la visualisation directe du champ à l'aide de diodes électroluminescentes. Ledit miroir 14 réfléchit tout faisceau issu d'une zone du champ et, passant à travers l'objectif 11,

vers le miroir 16 o il forme dudit champ une image située sen-

siblement sur ce dernier miroir. Sur la figure 1, le faisceau par-

ticulier 15 indiqué est celui qui a pour rayon moyen celui con-

fondu avec l'axe optique 12, l'image venant se former au point D sur l'axe ZZ' perpendiculaire à YY', correspondant au centre du champ.

Le miroir 14 assure le balayage du champ suivant la di-

roction y perpendiculaire a l'axe 12 et contenu dans le plan de la figure. Par la suite, il sera appelé miroir d'analyse image ou

encore d'analyse y ou encore d'analyse trame.

Selon la présente invention le dispositif comporte un

miroir concave formé de l'ensemble de deux portions de parabo-

loide respectivement 18 et 18' de révolution autour de l'axe YY' et dont les surfaces réfléchissantes sont en regard. Les sommets de ces parabololdes sont respectivement S et S' et les foyers A et A'. Ils sont situés sur YY'. A' est symétrique de D par rapport A la fnce 17 du tambour. Lesdits miroirs forme du détecteur 19

place <-n A une image en A'.

Le système constitué par le tambour tournant 13', les

miroirs 18, 18' et le détecteur 19 permet, au cours de la rota-

tion dudit tambour, l'analyse, ligne par ligne, suivant la direc-

tion x perpendiculaire au plan de la feuille de l'image du champ,

donnée par l'objectif 11 et le miroir d'analyse image 14 au voi-

sinage du point D. Ce système constitue le système d'analyse ligne ou analyse x. Le miroir 16 symétrique par rapport au plan (ZZ',

YY') et dont le sommet est au voisinage de D assure la conjugai-

son optique du centre de la pupille de sortie O de l'objectif 11 avec le point 0' fixe de l'axe YY', symétrique de E par rapport a ZZ', de maière A assurer la convergence sur le détecteur 19 de

tout faisceau s'appuyant sur la pupille de sortie de l'objectif 11.

Ce miroir 16 par le fait qu'il délimite le champ analysé constitue

ce qu'on appelle miroir de champ.

Sur la figure 2 la structure d'ensemble du dispositif n'est pas rappelée. Ne sont représentés, en coupe selon le plan

de symétrie du dispositif, que les éléments nécessaires à la des-

cription de l'apport particulier de l'invention. Sur cette figure,

on retrouve l'axe YY' de rotation du dispositif, le point A' sy-

mftrique du point D par rapport A la face 17 du tambour, la por-

tion de paraboloide 18' placée comme indiqué sur la figure 1,

c'est-à-dire avec A' comme foyer, et son sommet S' sur YY'.

Sur cette figure le capteur 19 est situé au point A ex-

térielr à l'axe YY' et au parabolo de 18'. Selon l'invention A et A' sont conjugués optiquement au moyen uniquement de miroirs. Pour cela une première mesure est prise pour couder le faisceau optique et le diriger a l'extérieur du parabololde 18'. Ce coudage est

obtenu au moyen par exemple, du miroir plan 21 incliné sur le fais-

ceau de rayons parallèle réfléchis par le miroir 18' et dont la surface réfléchissante par exemple perpendiculaire au plan de la

figure regarde vers le point A. Une deuxième mesure prise par l'in-

vention est de focaliser le faisceau réfléchi par le miroir plan

au point A, sur le détecteur 19 au moyen d'une portion de para-

boloide 20 par exemple symétrique par rapport au plan de la figure et de foyer et sommet respectivement A et S. Il va de soi que les deux parabololdes, tout comme d'ailleurs sur la figure 1, n'ont

pas besoin d'être absolument identiques. Par ailleurs, sur la fi-

gure 2, un seul miroir plan d'inclinaison 45 par ranport à YY',

est utilisé de,nme que A et S sont situées sur l'axe Yl. Yil, per-

pendiculaire A YY'. Il va de soi que l'invention prévoie aussi l'utilisation, dans le cas d'un détecteur situé hors de l'axe YY',

d'un miroir de coudage 21 d'inclinaison différente de 450 par rap-

port à YY' ou encore l'utilisation de plusieurs miroirs réfléchis-

sant successivement le faisceau issu du parabololde 18't, de même

que selon l'invention l'axe du parabololde 20 n'est pas nécessai-

rement perpendiculaire à l'axe YY'.

Un résultat remarquable obtenu par l'invention, avec de tels modes de réalisation du balayage ligne, est que la distance AA' peut être relativement quelconque du fait que le trajet optique

entre parabololdes s'effectue en faisceaux parallèles, ce qui per-

met de les éloigner, que le détecteur soit ou non sur YY'. Ce n'est pas le cas lorsque le transport d'image du détecteur situé sur l'axe YY' s'effectue à l'aide d'un ellispsoide, la distance AA'

étant alors nécessairement la distance entre foyers. Selon l'in-

vention le détecteur peut être placé facilement assez loin de l'axe YY' position éminemment favorable ai ledit détecteur est solidaire de moyens auxiliaires, de volume important et nécessaires à son

fonctionnement, tel par exemple une machine cryogénique.

Il va de soi que la forme de réalisation du système de

transport d'image du détecteur sur l'axe de rotation YY' est in-

troduite dans les modes de réalisation du dispositif de balayage opticomécanique selon le brevet principal et que les dispositifs

ainsi obtenus font partie de la présente invention.

Claims (3)

REVENDICATIONS:

1. Dispositif de balayage optique d'un champ de vision

divisé en différentes zones et de visualisation dudit champ, dis-

positif selon lequel ledit balayage est effectué suivant deux di-

rections perpendiculaires à savoir, selon une direction x un ba- layage dénommé balayage ligne et suivant une autre direction y un

balayage dénommé balayage trame ou image, dispositif opérant les-

dits balayages selon des faisceaux issus des différentes zones

du champ et assurant la convergence desdits faisceaux sur un élé-

ment sensible au rayonnement contenu dans lesdits faisceaux, dis-

positif comportant généralement dans l'ordre, suivant le sens du

trajet du faisceau incident médian issu du champ de vision, un ob-

jectif, des moyens de balayage trame selon la direction y, un sys-

tème de rabattement des faisceaux délimités par l'ouverture de l'objectif vers des moyens de balayage ligne du champ image de l'objectif selon la direction x et l'élément sensible, lesdits

moyens de balayage ligne, l'élément sensible, éventuellement d'au-

tres éléments en rapport avec ceux précédemment cites servant à la visualisation directe de l'image du champ analys6, les moyens dudit dispositif étant comme suit: - l'objectif à son axe optique compris dans un plan P contenant

la direction y et perpendiculaire à x, et ledit objectif est inter-

changeable, sa surface focale étant courbe et telle que son centre

de courbure est situé au centre de la pupille de sortie de l'ob-

jectif, - les moyens de balayage trame sont constitués d'un miroir plan tournant d'un mouvement alternatif autour d'un axe parallèle à la direction x, placé en faisceau convergent derrière l'objectif près

de l'image du champ dans ledit objectif.

- les moyens de balayage ligne sont constitués d'une part d'un tambour en rotation uniforme autour d'un axe fixe YY' contenu dans

ledit plan P et portant un grand nombre de faces planes réfléchis-

santes régulièrement distribuées sur le pourtour dudit tambour, et,

d'autre part,un système de transport d'image symétrique par rap-

port audit plan P formant une image de l'élément sensible en un point fixe A' de l'axe YY' de rotation du tambour, ledit tambour étant placé en faisceau convergent dans le trajet dudit système de transport du côté image de l'élément sensible, le symétrique dudit point A' par rapport à chaque face du tambour lorsque ladite face est perpendiculaire au plan P étant an voisinage du point D symétrique du foyer de l'objectif par rapport ani miroir de trame en position parallè.e a YY', - Le système optique de rabattement des faisceaux est constituS d'un miroir concave dit de champ admettant le plan P comme plan de symétrie et dont le sommet est placé au voisinage de D sulr l'axe ZZ' passant par D et perpendiculaire à YY'. ledit miroir étant déterminé de telle sorte qu'il conjugue le centre O de la pupille de sortie de l'objectif avec un point fixe 0' de l'axe YY', ledit point O' étant le symétrique par rapport à ZZ' du point

d'intersection de l'axe optique de l'objectif avec l'axe YY', le-

dit miroir de champ pour assurer éventuellement la nullité du temps mort de balayage entre deux lignes consécutives ayant au

plus une largeur dans le sens x légèrement inférieure à la lon-

gueur de la ligne analysée elle-même égale à la distance entre les

images du détecteur dans deux faces consécutives du tambour tour-

nant, ledit miroir étant animé ou non d'un mouvement de petite amplitude en phase avec le mouvement des moyens de balayage trame,

ledit petit mouvement comportant d'une part une translation alter-

native selon l'axe ZZ' au voisinage de D et une rotation alterna-

tive autour d'un axe parallèle à la direction x symétrique par rapport à ZZ', l'amplitude de ladite translation étant telle qu'elle corrige la défocalisation introduite par les moyens de balayage trame, l'amplitude de ladite rotation étant telle qu'elle

assure la fixité en 0' du conjugué par le miroir de champ du cen-

tre 0 de la pupille de sortie de l'objectif lors de la rotation alternative des moyens de balayage trame, caractérise en ce que le système de transport d'image du détecteur situé sur l'axe YY' -st constitué d'un ensemble de deux miroirs concaves en forme de portions de paraboloides de révolution, d'axe commun YY', et dont les surfaces réfléchissantes sont en regard, le foyer de l'un étant au point A' le foyer de l'autre étant occupé par l'élément sensible.

2. Dispositif de balayage optique d'un champ de vision

divisé en différentes zones et de visualisation dudit champ, dis-

positif selon lequel ledit balayage est effectué suivant deux di-

rections perpendiculaires à savoir, selon une direction x un ba-

layage dénommé balayage ligne et suivant une autre direction y un balayage dénommé balayage trame ou image, dispositif opérant lesdits balayages sel.n des faisceaux issus des différentes zones

du champ et assurant la convergence desdits faisceaux sur un 616-

ment sensible au rayonnement conteiu dans lesdits faisceaux, dis-

nositif comportant généralement da"s]'ordre, suivant le sens du trajet du faisceau incident médian issu du champ de vision, un objectif, des moyens de balayage trame selon la direction y, un système de rabattement des faisceaux délimités par l'ouverture de l'objectif vers des moyens dn balayage ligne du champ image de l'objectif selon la direction x et l'élément sensible, lesdits

moyens de balayage ligne, l'él1ment sensible, éventuellement d'au-

tres éléments en rapport avec ceux précédemment cités servant à la visualisation directe de l'irage du champ analysé, les moyens dudit dispositif étant comme suit: - ltobjectif A son axe optique compris dans un plan P contenant la direction y et perpendiculaire A x, en ce que ledit objectif est interchangeable et que sa surface focale est courbe et tel que son centre de courbure est situé au centre de la pupille de sortie de l'objectif, - les moyens de balayage trame sont constitués d'un miroir plan tournant d'un mouvement alternatif autour d'un axe parallèle à la direction x, placé en faisceau convergent derrière l'objectif près de l'image du champ dans ledit objectif, - les moyens de balayage ligne sont constitués d'une part d'un tambour en rotation uniforme autour d'un axe fixe YY' contenu

dans ledit plan P et portant un grand nombre de faces planes ré-

fléchissantes régulièrement distribuées sur le pourtour dudit

tambour, et d'autre part,un système de transport d'image symé-

trique par rapport audit plan P formant une image de ltélément sensible en un point fixe A' de l'axe YY' de rotation du tambour, ledit tambour étant placé en faisceau convergent dans le trajet dadie Aymtème de transport du c8té image de l'élément sensible, le symétrique dudit point A' par rapport A chaque face du tambour

lorsque ladite face est nerpendiculaire au plan P étant au voisi-

nage du point D symétrique du foyer de l'objectif par rapport au miroir de trame en position Parallèle A YY', - Le système optique de rabattement des faisceaux est constitué d'un miroir concave dit de champ admettant le plan P comme plan de sym6itrie et dont le sommet est place au voisinage de D sur ]'axe ZZ' rssant nar D et perpendiculaire A YY', ledit miroir étant détermin6 de telle sorte qu'il conjugue le centre O de la pupille de sortie de l'objectif avec un point fixe 0' de l'axe YY', ledit point 0' étant le symétrique par rapport à ZZ' du point d'intersection de l'axe optique de l'objectif avec l'axe YY', ledit miroir de champ pour assurer éventuellement la nullité du temps mort de balayage entre deux lignes consécutives ayant au plus une largeur dans le sens x légèrement inférieure à la longueur de la ligne analysée elle-même égale à la distance entre les images du détecteur dans deux faces consécutives du tambour tournant, ledit miroir étant animé ou non d'un mouvement de petite amplitude en -lase avec le mouvement des moyens de balayage trame, ledit petit mouvement comportant d'une part une translation alternative selon l'axe ZZ' au voisinage de D et une rotation alternative autour d'un

axe parallèle à la direction x symétrique par rapport à ZZ', l'am-

plitude de ladite translation étant telle qu'elle corrige la dé-

focalisation introduite par les moyens de balayage trame, l'ampli-

tude de ladite rotation étant telle qu'elle assure la fixité en O' du conjugué par le miroir de champ du centre O de la pupille de sortie de l'objectif lors de la rotation alternative des moyens de balayage trame, caractérisé en ce que le système de transport d'image du détecteur situé hors de l'axe YY' est constitué d'un

ensemble de deux miroirs concaves en forme de portions de parabo-

lotdes de révolution, l'un admettant YY' pour axe de symétrie et A' pour foyer, l'élément sensible 6tant situé au foyer de l'autre,

un système de miroirs plans assurant en lumière parallèle la trans-

mission du faisceau d'un paraboloïde à l'autre.

3. Dispositif faisant l'objet du brevet principal dans lequel est introduit le système de transport d'image du détecteur

sur l'axe YY' selon l'une des revendications 1 ou 2. -