Brevet FR2096934A1 — publié le 19720303

7Q 26420 -i- La présente invention a pour objets un procédé et un dispositif de compensation électronique des contraintes apparaissant dans un relais optique comprenant un cristal à effet Pockels appelé ci-après cible et des moyens pour faire balayer électroni-5 quement une première face de ladite cible. Un tel relais est décrit dans les brevets n° 1 473 212 et l 4-79 284 au nom delà demanderesse. Dans le cas des deux brevets précités, on refroidit la cible au voisinage de la température de Curie. Il se manifeste donc certaines contraintes mécaniques provenant'des différences 10 de coefficients de dilatation entre le support de la cible et la cible. Ces contraintes se traduisent par des changements de luminance de certaines zones et en particulier par l'apparition de lumière parasite dans des zones qui devraient être sombres. Les contraintes à compenser sont des contraintes de révolu-15 tion, c'est-à-dire radiales ou tangentielles, dont le centre de symétrie a pour coordonnées xQ et y . Dans le cas où xo=yQ =0, il s'agit de contraintes de révolution autour du centre de symétrie de la cible, de son support ou de la fenêtre. Ce cas est le plus fréquent et peut apparaître lors de la fabrication du tube : 20 - pour la fenêtre : lors du scellement de celle-ci à un anneau de matière différente, en métal par exemple ; - pour le support de cible : lors de sa fixation dans le tube ; - pour la cible, lors de son collage sur son support. Il peut apparaître aussi pendant le fonctionnement eniaison 25 de changements de température : - pour la fenêtre, la cible et son support, en raison de l'é-chauffement sous l'effet de 1'éclairement par un faisceau de lumière intense ; - pour la cible et son support, en raison du refroidissement de 30 ces éléments à une température voisine du point de Curie du cristal, dans le cas du relais optique décrit dans les brevets précités. En raison de variations possibles de 1'éclairement ou par suite de la présence d'une contrainte mécanique dissymétrique lors de 35 la fabrication de la fenêtre ou lors de l'assemblage des éléments du tube, le centre de symétrie des contraintes peut ne plus coïncider avec le centre de symétrie des éléments. La présente invention a pour objet de pallier cet inconvénient. Le procédé de compensation électronique des contraintes appa-40 raissant dans un relais optique comprenant un cristal à effet 70 26420 -2- 2096934 Pockels appelé ci-après cible et des moyens pour faire balayer électroniquement une première face de ladite cible, est caractérisé en ce que l'on superpose au signal vidéo appliqué sur le tube une tension de la forme v = k (x - x )(y - y )(l), x et y étant 5 les coordonnées cartésiennes de balayage, xq et yQ les coordonnées du centre de symétrie des contraintes et k un facteur proportionnel aux contraintes à corriger. Ce signal de correction a la forme d'une dent de scie qui se répète à la fréquence ligne et dont la pente est modulée proportionnellement à un signal en 10 dent de scie qui se répète à la fréquence trame. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de quelques modes de réalisation en regard des figures qui représentent : - la Fig. 1, la trace de l'ellipsoïde d'indice dans un plan 15 parallèle aux axes x et y. - la Fig. 2, la décomposition de la lumière polarisée parallèlement à l'axe x en deux composantes parallèles aux axes de l'ellipse. - la Pig. 3, l'ellipse d'indice dans le cas du signal seul. 20 - la Fig. 4, un schéma électronique permettant d'obtenir le si gnal de correction désiré. Le signal k (x - x ) (y - y ) permet de corriger, au 4° ordre près, l'effet des contraintes de révolution. Si, pour simplifier les calculs, l'origine des coordonnées est choisie au centre 25 de symétrie des contraintes, 8 et r étant les coordonnées polaires d'un point, elles sont reliées aux coordonnées rectangulaires x, y, par les relations : x = r cos & y = r sin & ^ 30 Une contrainte de révolution, c'est-à-dire dont l'orienta tion est radiale ou tangentielle, se traduit par une différence û 'n (qui peut être positive ou négative) entre les indices de réfraction dans les directions radiale et tangentielle. En raison de la symétrie de révolution A'n est indépendant de © ; on 35 a donc : a'n (r, e + 7C) = a 'n (r, ©), ce qui peut s'écrire : jû 'n (-r, ©) = û 'n (r, 0), ce qui signifie que ù 'n est une fonction paire de r. COPY 70 26420 o- 2096934 Au 4° ordre près, on peut donc écrire : û'n (r, Gr) = ar^ (3) cù a est une constante, positive ou négative. En un point M de coordonnées x, y ou r, & la trace de l'ellipsoïde d'inaiee dans un plan parallèle aux axes xy est une ellipse dont un des axes (le grand ou le petit) passe par le centre de symétrie 0, comme le montre la Fig. 1. Un relais d'images optiques qui utilise l'effet Pockels fonctionne entre deux polariseurs croisés dont les directions de polarisation sont parallèles à x et y respectivement. Si la lumière incidente d'amplitude A est polarisée parallèlement à l'axe x, par exemple elle se décompose, dans le milieu qui présente des contraintes, en deux composantes en phase, parallèles aux axes de l'ellipse, comme l'indique la Fig. 2. En sortie, après un trajet 1 dans le matériau, ces deux composantes sont déphasées dHin angle ^ ^ 1 ^ n que ]_'0n peut écrire, d'après (3) : où b est une constante indépendante de x et de y. La résultante, dans la direction y du polarïseur de sortie, est donc égale (Fig. 2; à la différence entre deux composantes de même amplitude, A sin B cos 6', déphasées d'un angle if' ; cette résultante a donc pour amplitude : ï1 = 2A sin 6* cos 0" sin 2 T' ^ A sin (2 0) sin (br^; (4; Une lumière parasite transmise apparaît donc entre les branches d'une croix noire qui coïncide avec les axes de coordonnées. Dans le fonctionnement normal du relais d'images optiques, on fait apparaître entre les faces d'une lame cristalline, au point M de coordonnées x, y, une tension Y ce qui induit une biréfringence ; dans le plan des axes x et y, l'ellipse d'indice a des axes orientés parallèlement aux bissectrices X, Y des axes x, y, comme l'indique la Fig. 3,et la différence d'indice ûn entre les directions X et Y est proportionnelle au champ électrique. A la sortie, le déphasage Y entre les deux composantes orientées suivant 7. et Y est -.îono proportionnel d Y : if : eV ; par un caiciL analogue au précédent, en trouve que La lumière transmise suivant la direction de polarisation y a pour amplitu- COPY BÂD ORIGINAL 70 26420 -4- -2096934 T = A sin ou T = A sin (cV) (5) Pour les points situés sur les deux bissectrices X et Y des 5 axes de coordonnées, les ellipses d'indices correspondant aux contraintes (Fig. 1) et au signal utile (Fig. 3) présentent la même orientation. Il est donc possible de compenser les contraintes en ajoutant au signal V une composante v qui doit vérifier, d'après les équations (4) et (5) : 10 cv = - br^ sin (2 &) avec © = _* -Jrc , SL_ et JEL. . v - —jj— j jj— 2|— 4 . » cette compensation est correcte quel que soit le niveau du signal V. 15 Pour que les points situés sur les axes x et y (0=O,^.-»71 et_^2i il n'y a pas de lumière parasite transmise lorsque le signal V est nul. Lorsque V n'est pas nul et que les contraintes sont situées dans la cible, la transmission résultante n'est plus égale à la transmission T donnée par l'équation (5). Cependant, si l'on 20 suppose que les contraintes provoquent une biréfringence petite devant la biréfringence induite par le signal maximal, la distorsion introduite dans la caractéristique T fonction de Y n'est que du 4° ordre et peut être négligée. Le signal de correction est donc'nul pour ces points. 25 Dans le cas où l'angle & est quelconque et où les contraintes sont situées dans la cible elle-même, l'ellipse d'indice dans la cible sera la résultante des ellipses des Figs. 1 et 3. Comme les variations d'indice ûn et A'n ne dépassent jamais 1 millième environ, les excentricités des ellipses sont très faibles et leurs 30 équations polaires peuvent s'écrire : - dans le cas du signal seul (Fig. 3) : ? = no + sin V) - et dans le cas des contraintes seules (Fig. 1) : Ç ' = nQ + sin 2( Y+-J- - fr) 35 où ^représente l'angle entre l'axe x et la direction dans laquelle est mesuré l'indice"; en raison de la petitesse de^n et de A 'n, l'équation de l'ellipse correspondant à la présence simultanée du signal et des contraintes peut s'écrire : (" = n0 + A^r- sin ( 2jf) + ÈiïL. sin [2(]f+_|L_ - e»)] 70 26420 -5- 2096934 Pour qu'il n'y ait pas de lumière transmise lorsque la tension signal V est nulle, il suffit que les axes de l'ellipse résultante soient parallèles aux axes x et y. Pour cela, il suffit que l'on ait : " / % S »' / % \ f ( zp)~ f (~~¥~ condition qui s'écrit : Sin(2e,)= - ——S sin (2 &) A n = - û'n sin (2 &) ou = - f sin (2 &) D'après les expressions de et de f , la tension de correction v que l'on doit appliquer a pour valeur : v = - b r2 sin (2 e*) (6) c Cette expression est en accord avec les résultats trouvés précédemment pour les points situés sur les axes et sur leurs bissectrices. Comme nous avons vu pour les points situés sur les axes, lorsque le signal utile Y n'est pas nul, la distorsion introduite n'est que du 4° ordre et peut être négligée lorsque la biréfringence provoquéè par les contraintes est petite devant la biréfringence induite par le signal maximal. Dans le cas où l'angle & est quelconque et où les contraintes sont situées dans le support de cible ou dans la fenêtre, si l'on suppose toujours que la biréfringence provoquée par les contraintes est petite devant celle induite par le signal maximal, il suffit que la correction soit effectuée pour le signal utile nul. Comme l'on traverse successivement plusieurs milieux dont les ellipses d'indice n'ont pas, en général, la même orientation, il est nécessaire de décomposer successivement la lumière deux fois. Si l'on suppose, par exemple, que le milieu contraint est traversé avant la cible, l'on obtient, à la sortie de ce milieu, des composantes parallèles respectivement aux axes x et y ; l'amplitude de la seconde est donnée par l'équation (4) : A" = A sin (2 ©0 sin (b r2) ; Après la traversée de la. cible, cette composante aura pour amplitude : — A" cos (cv) = A sin (2 &) sin (br2) \j 1 - sin2 (cv) (7) La composante qui sort du milieu contraint avec une direction 70 26420 -6- 2096934 parallèle à l'axe x a pour amplitude : A' = 1/ A2 - A"2 " = A \j 1 - sin2 (2 &) sin2 (br2) ; on peut calculer facilement, à partir du diagramme vectoriel de 5 la Fig. 2, qu'elle présente un déphasage^ par rapport à la composante originelle, ce déphasage vérifiant la relation : tg V = tg (br2) cos (2 ©0 (8) Après la traversée de la cible cette composante donnera, dans la direction de l'axe y, une composante dont l'amplitude se déduit 10 de l'équation (5) ; cette amplitude vaut : A' sin (cv) = A sin (cv)V 1 - sin2 (2 ©•) sin2 (br2) (9) En sortie, on ob ent donc la somme de deux composantes dont les amplitudes sont données par les expressions (7) et (9) et qui présentent entre elles un déphasage 4* donné par la relation (8). Com-15 me l'angle est inférieur ou égal, en valeur absolue, à br , qui est supposé petit, on sera très près du minimum de transmission lorsque la somme des amplitudes des deux composantes sera nulle, c'est-à-dire lorsqu'on aura : A sin(2 ©■) sin (br2) ^ 1 - sin2 (cv)+ A s in ( c v }\Jl -s in2 ( 2& ) s in2 ( br ^ = 0 20 ceci est vérifié quand : sin (cv) = - sin (2 &) sin (br2) La valeur de ce minimum est, en intensité lumineuse, du 4° ordre 2 en (br ), c'est-à-dire négligeable. 2 Comme on a supposé les quantités (cv) et (br ) petites, la 25 relation ci-dessus est vérifiée, au 3° ordre près en amplitude et donc au 4° ordre près en intensité lumineuse, si l'on a : v = -' ~~ r2 sin (2 ©"), ce qui correspond au même signal de correction que dans le cas où les contraintes sont dans la cible (équation 6). 30 On verrait qu'il en est de même lorsque la'lumière traverse le milieu qui présente des contraintes après avoir traversé la cible et lorsqu'elle le traverse avant et après, ce qui se produit dans le cas d'un fonctionnement en double trajet. L'expression (6) peut encot-e s'écrire 35 v =-2—r2 sin & cos 6* ^ c --2 _J2_ xy, c en remplaçant les coordonnées cylindriques r, ©• par les coordonnées rectangulaires, x, y (formule 2). 70 26420 -7- 2096934 Le signal de correction est donc d$ia forme-: v -= kxy et, dans le cas général où l'on prend pour centre de coordonnées le centre des éléments, l'nn retrouve la formule (1) : 5 v = k (x - xQ) (y - yQj La Fig. 4 donne, à titre d'exemple, un schéma électronique capable de fournir le signal de correction désiré de la forme k (x - x } (y - y ) dans le cas d'un système à balayage de type o o télévision : deux signaux symétriques x et - x, en dents de scie 10 à la fréquence ligne, sont appliqués à un mélangeur 3 par l'intermédiaire de deux diviseurs modulables composés, essentiellement chacun par la mise en série d'un condensateur fixe, respectivement l.et 2, et d'une capacité variable de type Varicap respectivement 4 et 5 s les deux -capacités variables sont modulées^ en op-15 position de phase, à l'aide de deux-, .signaux symétriques y et - y, en lents de scie à la fréquence trame. La tension moyenne appliquée sur .l'une des capacités variables est fixe, l'autre est réglable à l'aide du potentiomètre 6, ce. qui permet d'ajuster l'ordonnée du centre de symétrie de la correction dans 1e. but de le 20 faire coïncider avec l'ordonnée y du centre de symétrie des contraintes. Pour faire coïncider l'abscisse du centre de symétrie de la correction avec l'abscisse xq du centre de symétrie des contraintes, on introduit, dans le mélangeur, une composante proportionnelle à y, dont le signe et l'amplitude sont réglables à 25 l'aide du potentiomètre 7» L'invention s'applique également à la correction d.es contraintes de révolution dans le cas d'un système à balayage polaire, lorsque le centre de balayage et le centre de symétrie des contraintes coïncident : balayage radial, de type radar, par exemple, 30 ou balayage en spirale. L'expression (6), de la forme : v = k'r2 sin (2 &") montre que la tension de correction doit être alors proportionnelle au carré de la distance r du point au centre et proportionnelle au sinus de l'angle double de l'angle ©'de balayage. 33 Le signal de correction v donné par les expressions (1) (coor données rectangulaires) ou (6) (coordonnées cylindriques)est alternativement positif et négatif. Dans le cas du relais optique décrit dans les brevets précités, le signal -de correction, superposé au signal vidéo, est appliqué entre une face de la lame cris-40 talline qui présente l'effet Pockels et une-grille placée'près de 70 26420 -8- 2096934 l'autre face j un faisceau d'électrons joue, à quelques volts près, le rôle de court-circuit volant entre cette 2° face et la grille. Comme des tensions positives aussi bien que'négatives peuvent être inscrites entre les deux faces de la lame, il ne 5 se pose alors aucun problème d'inscription de signaux de correction alternativement positifs et négatifs, quelle que soit l'amplitude du signal vidéo. Dans le cas d'un relais optique dans lequel l'inscription est faite par l'intermédiaire de la modulation de l'intensité d'un 10 faisceau électronique (par exemple D.H. Pritchard, RCA Review 30, 567-592, Dec. 1969), il n'est possible d'inscrire que des signaux de même polarité sur la lame cristalline. Pour effectuer la compensation électronique des contraintes, lorsque la somme du signal de compensation et du signal vidéo est alternativement positive 15 et négative, il faut alors ajouter une composante continue à cette somme afin qu'elle soit toujours de même polarité et introduire, sur le trajgt optique, une lame déphasante dont les lignes neutres sont parallèles aux bissectrices X et Y des axes et qui donne un déphasage constant de signe opposé à celui induit dans 20 le relais optique. Le réglage du niveau de transmission nulle peut se faire soit par le réglage de ce déphasage, lorsqu'on u-tilise un compensateur réglable, de type Bravais par exemple, soit par le réglage de la composante continue du signal lorsqu'on utilise une simple lame déphasante. Dans tous les cas, pour su-25 perposer le signal de correction et le signal vidéo, on devra tenir compte de la. non linéarité de la caractéristique de modulation du courant de faisceau et introduire, éventuellement, une correction du type de la correction de gamma qui est utilisée dans les caméras de télévision. 70 26420 -9- 209693k REVENDICATIONS 1. Procédé de compensation électronique des contraintes dans un relais optique comprenant un cristal à effet Pockels, des moyens pour faire balayer électroniquement une première face dudit cris- 5 tal, le balayage étant du type télévision, caractérisé en ce que l'nn superpose au signal vidéo appliqué sur le tube une tension de la forme : v = k (x - xQ) (y - yQ) x et y étant les coordonnées cartésiennes de balayage, xq et yQ, 10 les coordonnées du centre de symétrie des contraintes et k un facteur dépendant de la valeur des contraintes à compenser. 2. Procédé de compensation électronique des contraintes dans un relais optique comprenant un cristal à effet Pockels, des moyens pour faire balayer électroniquement une première face dudit cris- 15 tal, le balayage étant de type polaire, caractérisé en ce que l'on superpose au signal vidéo appliqué sur le tube une tension de la forme : v = k'r2 sin (2 0-) r et & étant les coordonnées polaires de balayage et k" un fac-20 teur dépendant des contraintes à compenser. 3. Procédé de compensation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le signal de compensation précité et le signal vidéo sont appliqués entre une grille placée en regard de la première face dudit cristal et une couche conductrice transpa- 25 rente placée contre la seconde face. 4. Procédé de compensation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, un dispositif déphaseur étant placé sur lé trajet du faisceau et introduisant un déphasage constant de signe opposé à celui du relais optique, le signal de compensation est 30 superposé au signal de modulation de l'intensité du faisceau. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé ai ce que l'on introduit une correction de gamma avant application du signal résultant de la somme des signaux vidéo et de compensation sur le relais optique. 35 6. Dispositif de mise en oeuvre du procédé saLon la revendication 1, caractérisé en ce que deux signaux symétriques en dents de scie à fréquence ligne sont appliqués sur un mélangeur par 1'intermédiaire de deux diviseurs modulables, deux signaux en dents de scie à fréquence trame étant appliqués sur les entrées de com-^0 mande de modulation.