Brevet FR2217880A1 — publié le 19740906

L'invention est relative à la transmission à distance d'images par fibres optiques. Les fibres, couramment appelées " fibres optiques ", existent sous diverses formes comnercialisées. Elles comportent, soit une âme en matériau transparent d'indice de réfraction élevé entouré d'une gaine en matériau de faible indice, soit un milieu dont l'indice varie graduellement de l'axe à la périphrie, et sont réalisées soit en verre soit en matières plastiques. Cette dernière réalisation se prête bien à la constitution de faisceaux très souples et de faible prix de revient. A partir de ces fibres, des dispositifs de transmission d'images purement optiques ont été décrits et réalisés. Un grand nombre de fibres parallèles sont rangées en faisceau. Si une image optique est projetée à une extrémité de ce faisceau, la section terminale de chaque fibre détermine une petite surface dont l'éclairement est transmis, avec une certaine atténuation, à l'autre extrémité de la fibre. Le nombre d'éléments de surface ou " points " résolus dans l'image est donc au plus égal au nombre de fibres. La transmission d'une image de qualité comparable à celle du standard de télévision nécessite de 200 000 à 400 000 fibres. La réalisation d'un tel faisceau se heurte à des difficultés qui semblent insurmontables pour une longueur supérieure à quelques mètres, car les fibres doivent être parfaitement rangées pour assurer la correspondance des points ho sinologues de l'image initiale à l'image finale. D'autre part, la section du câble contenant le faisceau de fibres ne peut être réduite car le diamètre d'une fibre élémentaire ne peut descendre au dessous de quelques dizaines de microns pour les fibres de verre, de 100 à 200 microns pour les fibres en matières plastiques. L'invention a pour objet la réduction du nombre de fibres optiques nécessaire à la transmission d'une image. Avec cet objet en vue, l'invention prévoit une disposition de fibres telle qu'elle se prête à un balayage par les moyens actuellement connus, notamment dans l'industrie de la télévision. Selon l'invention, les fibres optiques sont disposées parallelement les unes aux autres et réunies sous forme de ruban plat, ce qui permet de ranger facilement les fibres pour assurer la correspondance d'un point de l'image examinee avec un point homologue de l'image restituée. Cette disosition, considérée en soi, permet de réaliser des " câ bleus de transmission de grande largeur et de faible prix de revient." Elle permet, comme il sera montré, ultérieurement, de réaliser des cables ronds de faible diamètre, ce qui peut etre intéressant pour certaines applications, par exemple sondes chirurgicales pour inspection de l'inuérieur du corps. Mais, principalement, la disposition en ruban se prête à etre combinée avec le balayage. Divers modes de réalisation, par combinaison avec des moyens optiques et mécaniques permettent la transmission d'images en couleurs naturelles et en relief, et par des moyens électrooptiques, d'images Monochromes. L'avantage principal est la possibilité de transmission images à une cadence beaucoup plus élevée qu'avec les systèmes de télévision actuels. Il résulte de ce qui précède que la seconde idée inventive - la * première étant l'utilisation de fibres optiques sous forme de ruban - est la suivante Soit N le nombre de " points " ou éléments de surface que l'on désire recoudre dans l'image à transmettre. Plutôt que de transmettre simultanément les N points grâce à N fibres optiques distinctes,il est possible d'employer un nombre de fibres P inférieur à N à condition que chacue fibre transmette successivement un nombre Q de points tel que P X Q = N. Le balayage des Q points peut être répété cycliquement, par exemple a une fréquence compatible avec la persistance des impressions rétiniennes dans le cas d'une observation visuelle. Les extrémités des P fibres doivent être rangées dans le marie ordre du coté prise de vues et du coté restitution de l'image. L'exploration des Q points par chacune des fibres doit être effectuée, à chanue extrémité du faisceau, selon une loi homologue par des dispositifs de balayage synchrones. Les avantages de l'invention ressortent de l'exemple suivant On utilise, dans deux dispositifs, l'un constitué par le faisceau de fibres classique, l'autre par un ruban selon l'invention, le mdme type de fibre optique d'un diamètre d égal à 100 microns, ce qui correspond à une fibre en matière plasti ue neu conteuse, disponible commercialement, pour transmettre une image contenant 600 lignes avec une résolution de 400 points par ligne, soit N = 240 000 Faisceau de Dispositif proposé fibres classique Nombre de fibres 240.000 600 Section approximative du câble contenant le faisceau de fibres 24 cm2 0,06 cm2 Le faisceau de fibres optiques réalisé selon cette invention, peut être contenu facilement dans un câble de petite section. Les avantages sont donc : faible encombrement, prix de revient peu élevé, rayons de courbure admissibles du câble plus faibles et plus grande longueur de transmission par comparaison avec les câbles actuels. De plus, le rangement parfait des fibres, indispensable pour assu- rer la correspondance des points de l'image restituée avec les points de l'image initiale, est une opération très délicate pour faisceau classique. Cette opération devient extrèmement simple et peut être rendue entièrement automatique pour un faisceau selon l'invention ne contenant que quelques centaines de fibres. Les fibres sont juxtaposées parallèlement les unes aux autres et enrobées dans une matière plastique pour former un ruban plat, dont la coupe est représentée sur la figure 1. En reprenant les données numériques de l'exemple ci-dessus un tel ruban contenant -600 fibres aurait une largeur d'environ 6 cm et une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres. Pour former un câble peu encombrant, ce ruban peut être enroulé sur lui-même, sa section étant une spirale d'axe à peu pres parallèle aux fibres. Si on tient compte de la gaine en matière plastique nécessaire à sa protection, la section totale du câble est de l'ordre de quelques dizaines de mm2 ( Figure 2 ). Aux deux bouts du cible, du côté prise de vues et du côté restitution d'image, la spirale est déroulée de manière à ce que les extrémités des P fibres soient alignées selon la Figure 1. Le rangement des fibres peut être assuré à la fabrication du ruban par enrobage de P fibres, dévidées à tartir de P bobines distinctes, guidées entre les dents d'un peigne. La confection de câbles de grande longueur est ainsi possible à peu de frais. Un rangement parfait de toutes les fibres est maintenu de façon certaine pour n'importe quelle section du ciblez Les tronçons de cible sont interchangeables entre eux. On peut même envisager le raccord de deux tronçons mis bout à bout dans un connecteur plat assurant de façon précise la mise en regard des extrémités des fibres. On donnera ci-après divers modes de mise en oeuvre de l'idée inventive, sans que la demanderesse entende limiter la portée générique de son invention par les particularités ou aux particularités spécifiques aux exemples choisis pour l'illustration. Dans les dessins joints Outre les figures 1 et 2 déjà mentionnées et dont le rôle est purement explicatif, - Figure 3 est un schéma explicatif de balayage linéaire. - Figure 4 représente l'image transmise qui sera explorée par balayage du caté réception. - Figure 5 est un schéma explicatif du balayage circulaire. - Figure 6 montre deux dispositions des images d'une rangée dans le cas du balayage circulaire. - Figure 7 est un schéma montrant les deux dispositions possibles pour les fibres de deux rangées adjacentes. - Figure 8 est un schéma d'un dispositif fournissant une image en relief. - Figure 9 est un schéma de dispositif opto-électrique pour obtention d'images monochromes. Dans la figure 3, il n'a été représenté que le poste prise de vue, étant entendu que le poste rdéption est identique quant à la consistance et peut être supposé symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de 'objectif 1. L'extrémité du ruban plat de fibres 2, dont les sections terminales ont été polies, est placée dans le plan où se forme l'image optique à transmettre donnée par l'objectif 1 convergent. Dans l'exemple choisi P = 600 Q = 400 Une déflexion cyclique de l t iimage, d'amplitude égale a O fois le diamètre d'une fibre, est effectuée par un moyen optique, opto-méca- nique ou opto-électroniqme tels que miroirs, prises, lames ou lentilles, tournants ou vibrants, matériaux piézoéle-ctrinues ou biré- fringents, tubes électroniques ou photoélectriques déflecteurs, sans que cette énumération soit limitative. Dans le présent exemple, on a choisi un miroir 2 tournant ou vibrant autour d'un axe 3 perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif. D'une manière générale, il apparat que la disposition la plus sim ple est celle où les sections des fibres sont alignées le long d'une droite et où le balayage se fait dans une direction perpendiculaire à cette droite. Le dispositif transmet ainsi une image rectangulai- re ( Figure 4 ) qui constitue une trame correspondant à un cycle de balayage, chaque ligne correspondant à un balayage de la rangée de fibres. Du côté réception, limage transmise et reçue dans le plan image de ltobjectif ( non représenté ) est également balayée d'une manière cyclique, par exemple selon une loi en " dent de scie Les dispositifs qui permettent d'obtenir le balayage sont depuis déjà de nombreuses années des techniques courantes, et de ce fait, ne seront pas décrits. Il est important de souligner que la cadence de balayage f peut eAtre quelconque et n'influe pas sur la qualité des images. Elle sera choisie selon le récepteur de rayo7aement recevant l'image finale ( par exemple dans le cas d'observation visuelle, f sera supérieur à 15 cycles par seconde ). Par rapport au faisceau à grand nombre de fibres classique, ce dispositif présente l'inconvénient d'une luminosité apparente Q fois plus faible. Dans la figure 5, qui est un exemple de balayage circulaire, il n'a été également représenté que le poste prise de vue . La rotation de l'image est assurée par miroirs ou, commue sur la figure, par prismes tournants. Le prisme rotateur d'image 5, qui tourne autour de l'axe optique de l'objectif 6. La rangée de fibres 7, dont l'image sera balayée est disposée pour que son image occupe un rayon ( figure 6a) ou un diamètre ( figure 6b ) de l'imarne. Dans ce dispositif, pour la fibre placée a.1 centre, qui transmet toujours me':ne point, Q = 1,donc la luminosité est axiale.Pour les autres fibres, croit régulièrenent jusqu'à 2 max = 2 tir où r est le rayon du cercle et d le diamètre d'une fibre. La luminosité décroftra donc régulièrement. Ce balayage circulaire devra donc être utilisé dans certains cas, par exemple: dispositifs de visée ou de surveillance à distance où il peut être intéressant de rechercher un dispositif de balayage assurant une luminosité très élevée au centre du champ, et qui décroisse régulièrement vers les bords de l'image. Au lieu d'employer une seule rangée de fibres, on peut les disposer en plusieurs " lignes " parallèles ( figure 7 ). Cette disposition améliore soit la luminosité si les fibres sont juxtaposées ( fig. 7 a ), soit la résolution si les fibres sont écartées et disposées en quinconce ( fig. 7 ). Dans les figures 7a, 7b, on n'a figuré que les deux premières lignes de la trame. La figure 8 montre schématiquement un dispositif qui permet de transmettre l'image avec relief. A cet effet, on créé et transmet une image gauehe et une image droite à l'aide de deux objectifs 10 et 11 que l'on renvoie sur la tranche terminale 12 du ruban optique 13 par un miroir multiface tournant 14, disposé de manière à balayer alternativement la section 12 du ruban. On utilise donc un seul câble optique pour la transmission. Au poste restitution, on retrouve l'installation homologue synchrone. Dans tous les dispositifs qui précèdent, la transmission de l'image est réalisée avec ses couleurs naturelles, sans utilisation de filtres. Il est par contre possible de transmettre des images.mono- chromes avec le dispositif électro-optique de figure 9. Dans ce dispositif, le balayage est obtenu dans des tubes b vide 20, 20' par déflexion électrostatique ou magnétique des électrons émis par une photocathode, accélérés et focalisés sur un écran fluorescent. L'image est envoyée par l'objectif 21 sur la photo-cathode 22. On a indiqué en 23, 24 les bobines classiques de déflexion. À chaque rangée de points de l'écran phosphorescent 25 du tube 20 de prise de vue, correspond une rangée de points sur la photocathode 22' du tube de restitution 20', qui est transmise par le ruban 26 de fibres optiques. L'image finale se forme sur ltécran fluorescent 25' et transmise par 11 objectif 2' au récepteur qui peut être l'oeil d'un observateur. On a indiqué en traits discontinus, la liaison électrise de syn chronisation On remarquera que, chacun de ces tubes possédant un gain, ltensemble peut compenser la perte de luminosité Q signalée plus haut. Le tube À peut comporter une photocathode dans 1' I R ou 1' U V et jouer le ralle de convertisseur dtimages. L'avantage par rapport à un système de télévision conventionnel réside dans la bande passante extrèmement large du ruban de fibres optiques. L'emploi de tubes défleeteurs rapides doit permettre la transmission d'images à une cadence très élevée, par exemple plusieurs millions images par seconde avec une résolution temporelle de moins d'une nanoseconde. Dans les dispositifs opto-mécaniques précédemment décrits, on était pratiquement limité que par les dispositifs de balayage. Néanmoins, il était déjà possible d'obtenir des cadences de plusieurs milliers de trames par seconde. Par contre, alors que ces dispositifs électro-optiques étaient réversibles en ce qui concerne la prise de vue et la restitution, le dispositif électro-optique décrit en dernier lieu n'est pas réversible. Les dispositifs opto-méoaniques sont insensibles aux rayonnements, ce qui rend possible leur utilisation dans les recherches nucléaires. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de transmission d'images à distance par fibres oPti- ques, caractérisé en ce que les fibres optiques sont utilisées sous forme de ruban plat dans lequel les fibres sont disposées au moins en une seule rangée les unes à cSté des autres et parallèlenent entre elles, et maintenues en position, d'une manière en soi connue, par un enrobement en matière synthétique. 2 - Dispositif selon la revendication 1, dans le cas où les rangées sont multiples, caractérisé en ce que les fibres de deux rangés contiges sont superposées. 3 - Dispositif selon la revendication 1, dans le cas où les rangées sont multiples, caractérisé en ce que les fibres de deux rangées contigües sont disposées en quinconce. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ruban est enroulé sur lui-meme en spirale, mais déroulé à'plat au voisinage de ses deux extrémités. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l1i- mage à tra;nsmettre est balayé par un dispositif opto-mécanique alternatif et transmise par le ruban de fibres à un dispositif de restitution semblable et synchrone. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'image à transmettre est balayée par un dispositif de balayage circulaire opto-mécanique et transmise par le ruban optique à un dispositif de restitution semblable et synchrone. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la section du ruban de fibres est disposée dans l'image de cette section selon un rayon ou éventuellement un diamètre de l'image circu laire. 8 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'image à transmettre est dédoublée par un dispositif optique, chacune des deux images vexant envoyée sur un miroir tournant multiface qui renvoie alternativement l'image droite et l'image gauche sur le ruban de fibres de transmission. 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce Qua l'i- mage à transmettre est projetée sur la photocathode d'un tube vide puis d'un dispositif de balayage et projetée sur l'écran fluorescent de ce tube, d'où elle est transmise par le ruban de fibre à la pho- tocathode d'un tube à vide semblable au premier et synchrone.