Brevet FR2304932A1 — publié le 19761015

La présente invention concerne une optique grand angulaire discontinue destinée à un récepteur de lumière placé dans un espace donné qui est limité entre autres choses par une ou plusieurs fenêtres ou analogues qui permettent à la lumière incidente de l'espace, provenant d'une ou plu- sieurs directions, d'atteindre un même point alun axe central déterminé par rapport à l'espace, avec le mtme angle par rapport à l'axe central. Dans le présent mémoire, le terme "lumière" désigne toutes les radiations optiques à toutes les longueurs d'onde pour lesquélles l'appareil est transparent. L'invention convient particulièrement- bien aux applications de l'optique dans lesquelles un grand champ de vision est avantageux et n1 est pas nécessairement continu, avec un bon filtrage optique par des filtres d'interférence. La satisfaction de ces critères nécessite entre autres choses que la divergence des rayons en un emplacement du système optique ne dépasse pas une certaine valeur, un filtre d'interférence étant disposé à cet emplacement. Un exemple d'applications dans lesquelles ces critères doivent setre satisfaits est celui des fusées de proximité à système optique. La fusée de proximité analyse par exemple une zone coniqué placée autour d'elle et donne un signal lorsqu'un objet étranger est compris dans la zone balayée, et il faut, pour que la fusée puisse détecter des objets de toute dimension, qu'elle ait un champ continu de vision autour de son axe en direction longitudinale.Il convient donc que le champ de vision soit placé à l'intérieur des surfaces d'enveloppe de deux ctnes,le cône interne ayant un angle au sommet inférieur à celui du cene externe (voir figure 1).Il est extremement souhaitable que les limites surfaces d'enveloppe) de la zone balayée soient distinctes de manière que la zone dans laquelle la fusée dè proximité doit donner une indication sur dès~objetE étrangers puisse entre prédéterminè'e avec une grande précision. On utilise une optique représentative dans laquelle un diaphragme limitant le champ est placé dans le plan image, de manière qu'on puisse obtenir ira -précision voulue sur les limites distinctes voulues. un a prouvé qu'un système optique destiné à donner un champ de vision qui, comme décrit précédemment, recouvre la totalité de la zone comprise entre les surfaces d'enveloppe des deux cônes, a une intensité lumineuse comparativement très faible même lorsque, dans une mesure importante, la lumière parallèle est sacrifiée dans un filtre optique utilisé. Commes les objets qui doivent être détectés par la fusée de proximité ont habituellement des dimensions relativement importantes par rapport à la dimension de la fusée, on peut très bien supposer qu'un objet est détecté même lorsque la zone n'est pas continue autour de l'axe longitudinal de la fusée, mais comprend des lobes séparés (voir figure 2) placés uniformément dans la zone décrite précédemment entre les deux surfaces coniques d'enveloppe. Chaque lobe peut être considéré avantageusement comme un tout, le filtrage étant efficace et peu coûteux et le champ de vision étant limité. On a alors proposé la disposition, pour chaque lobe, d'une lentille ou d'un objectif à la surface externe de la fusée de proximité et, à l'intét.ieur de celle-ci,d'undiaphragme limitant le champ de vision,d'une lentille supplémentaire et d'un filtre, les rayons lumineux obtenus à partir du filtre étant réflécnis sur une surface de facette placée sur un réflecteur à facettes, vers un organe émettant un signal et comprenant un détecteur (voir figures 5 et 6).Dans un autre mode de réalisation déjà proposé, la lumière du lobe considéré tombe directement sur la surface d'une faoK*e placée sur le réflecteur et elle est réfléchie vers une lentille, la lumière passant ensuite, dans l'ordre indiqué, dans un diaphragme limitant le champ de vision, dans une lentille supplémentaire et dans un filtre à partir duquel la lumière peut tomber sur un détecteur (voir figure 7). On note d'après les exemples cités de dispositifs connus, que la surface réceptrice de chaque lobe est limitée par la dimension de la lentille utilisée à la surface externe de la fusée, c'est-àdire, en d'autres termes, que le diamètre de la fusée de proximité est un facteur qui limite la surface réceptrice. L'invention assure au moins le doublement de la surface efficace réceptrice de chaque lobe, sans réduction du nombre de lobes, dans une fusée de diamètre donné. La principale caractéristique d'une optique grand angulaire discontinue est qu'elle a une partie optique placée sur la surface de base d'un réflecteur pyramidal à facettes qui comprend une surface de facette pour chacune des directions d'incidence de la lumière, que la partie sphérique et le réflecteur sont aussi disposés symétriquement autour d'un axe central, que laHpartie sphérique est aussi placée, par rapport à la direction d'incidence de la lumière, de manière que sa surface constitue une lentille convergente visà-vis de la lumière provenant de toutes les directions d'incidence, et que la lumière, étant donné l'inclinaison donnée aux surfaces des facettes, est focalisée de manière qu'un plan image soit formé au niveau d'un diaphragme du champ de vision, placé au niveau de la partie sphérique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur leqquels - la figure 1 est une perspective représentant l'aspect d'une zone d'exploration déjà proposée pour une fusée de proximité - la figure 2 est une perspective montrant comment la fusée de proximité comportant des lobes détecte des parties de la zone d'exploration de la figure 1 - la figure 3 est une élévation latérale d'une oprique grand angulaire discontinue selon l'invention - la figure 4 est une vue en plan de l'optique de la figure 3 - les figures 5 et 6 représentent schématiquement une disposition utilisée pour la réception des lobes de lumière de la figure 2 - la figure 7 représente schématiquement un dispositif utilisé pour la réception des lobes de lumière représentés sur la figure 2, mais différent de celui des figures 5 et 6 - la figure 8a représente un mode de réalisation d'optique grand angulaire des figures 3 et 4 - la figure 8b est une coupe de la figure 8a suivant la ligne A-A - la figure 9a est analogue à la figure 8a mais correspond au mode de réalisation de la figure 7 ; et - la figure 9b est une coupe de la figure 9a suivant la ligne B-B. La référence 2 désigne sur la figure 1 une fusée de proximité placée sur un projectile 1. La fusée de proximité explore une zone ayant l'aspect déjà proposé représenté et qui se trouve entre une surface interne 3 et une surface externe 4 sous forme de deux canes ayant des angles différents au sommet. La zone explorée est de plus disposée symétriquement par rapport à l'axe de symétrie 5 de la fusée de proximité. La figure 2 montre comment la fusée de proximité, lorsqu'elle comprend une optique représentative, explore l'es- pace par un certain nombre de lobes 6 qu'on peut supposer placés dans la zone explorée de la figure 1. Il est très souhaitable que le nombre de lobes ou de directions d'incidence de la lumière soit élevé de manière que la fusée de proximité puisse explorer une partie de la zone de la figure 1 aussi grande que possible.Les directions d'incidence sont disposées symétriquement autour de l'axe central de la fusée ou l'axe de symétrie 7, en direction longitudinale par rapport à la fusée, et elles sont donc toutes inclinées d'un anglemlun point commun qui se trouve sur l'axe de symétrie 7, à l'intérieur de la fusée, l'espace interne de celle-ci étant limité par une ou plusieurs fenêtres ou analogues qui permettent lten- trée de la lumière dans l'espace interne en qustion. Sur la figure, l'angle du lobe est indiqué par la référence . La figure 3 représente par les rayons 9 et 10 la lumière qui pénètre dans l'espace interne, suivant l'une des directions d'incidence. L'optique grand angulaire discontinue a une partie sphérique 11, tournée dans la direction d'incidence et placée sur ce qu'on peut considérer comme la surface de base d'un réflecteur pyramidal 12 à facettes qui, dans le mode de réalisation considéré, comprend dix surfaces 13 de facette et est de plus tronqué à sa petite extrémité de manière qu'un dispositif 14 de fixation de divers éléments puisse être disposé entre autres choses, l'optique pouvant ainsi être fixée de manière facile dans l'espace interne. Les dix surfaces 13 permettent donc la réception de la lumière suivant dix directions d'incidence.La partie sphérique Il et le réflecteur 12 sont placés symétriquement par rapport à un axe 15 qui, lorsque l'optique est disposée dans la fusée, coïncide avec l'axe de symétrie 7 comme représenté sur la figure 2. La surface de la partie cylindrique constitue une lentille convergente pour la lumière incidente. La lumière est focalisée en un point F, après passage dans un diaphragme 16 qui limite le champ de vision après réflexion sur une surface 13 correspondant à la direction d'incidence 9-10 considérée. Le diaphragme 16 du champ de vision est placé à la surface supérieure de la partie sphérique Il qui a été reve- tue d'une matière absorbant la lumière placée entre le diaphragme et vers l'extérieur, jusqu'au bord de la surface supérieure.Les dimensions de l'organe en verre doivent être calculées de manière que les objets qui se trouvent à la distance pour laquelle la discrimination maximale de position doit être réalisée, soient clairement représentés dans le plan image qui se trouve au niveau du diaphragme 16. Un conducteur de lumière 17 est placé à partir du diaphragme 16 et a la forme d'une pyramide tronquée ; ce conducteur est placé de manière que sa partie étroite soit adjacente à la face supérieure 16, dans la partie de celle-ci qui n'est pas recouverte par la matière absorbante. Le conducteur de lumière, par sa partie étroite, limite donc le champ de vision. De plus, le conducteur de lumière a des surfaces de facette qui correspondent aux surfaces du réflecteur, et, dans l'exemple représenté, une surface 28 de facette du conducteur 17 correspond à la surface 13 du réflecteur 12.Lorsque les surfaces réfléchissantes du réflecteur et du conducteur de lumière ont une inclinaison convenable l'une par rapport à l'autre, la réflexion au niveau de la surface du conducteur lumineux est totale et la lumière reçue dan la direction d'incidence tombe avec l'angle le plus petit possible sur un filtre 19 d'interférence avantageusement monté au contact optique de la partie large du conducteur de lu mère. Après le filtre, un détecteur non représenté de lumière recoit la lumière et donne un signal lorsqu'un objet apparait dans la direction d'incidence considérée.L'objet peut alors entre éclairé par un dispositif émettant de la lumière et comprenant la source lumineuse de la fusée de proximité, dans le cas des fusées dites actives, ou le récepteur de la fusée de proximité détecte les radiations infrarouges par exemple provenant de l'objet, la fusée étant alors de type dit passif. On fait maintenant une comparaison avec les dispositifs connus du type considéré, utilisés dans les fusées de proximité, de manière que l'effet technique obtenu apparaisse clairement. Les figures 5 et 6 représentent un exemple de tels dispositifs connus. La référence 20 représente la surface externe de la fusée de proximité, et les éléments de l'optique qui reçoivent la lumière de deux directions d'incidence 21 et 22 sont aussi représentés. Comme les éléments qui reçoivent la lumière d'une direction d'incidence sont identiques à ceux qui reçoivent la lumière d'une autre direction, on considère uniquement le cas des éléments qui reçoivent la lumière dans la direction d'incidence 21. Une lentille convergente 23 est placée à la surface externe 20 de la fusée et focalise la lumière au niveau d'un diaphragme 24 du champ de vision.Une lentille supplémentaire 25 est placée derrière le diaphragme et donne de la lumière collimatée transmise par un filtre 26, la lumière étant alors réfléchie par une surface d'un organe à facettes, vers un détecteur qui indique la présence éventuelle d'un objet dans la direction 21 d'incidence considérée. Une zone réceptrice correspondant à la direction 21 porte la référence 28. La figure 7 représente un dispositif connu qui diffère de celui des figures 5 et 6. La lumière, dans deux directions d'incidence, est indiquée par les références 29 et 30, et la lumière de chaque direction parvient sur une surface de facette correspondant à la direction d'incidence, par exemple la facette 31 pour la direction 29 ou 32 pour la direction 30, les facettes étant disposées sur un organe réfléchissant 33. La lumière est réfléchie par les surfaces des facettes vers une lentille 34 qui focalise la lumière au niveau d'un diaphragme 35 limitant le champ de vision, et la lumière est transmise comme décrit précédemment par une lentille supplémentaire 36, donnant de la lumière collimatée sur un filtre 37 et un détecteur 38. Dans le cas considéré, une zone réceptrice obtenue à la surface externe 39 de la fusée de proximité porte la référence 40. La comparaison du dispositif de l'invention représenté sur la figure 3 à un dispositif connu, par exemple celui de la figure 7, montre que, au niveau des surfaces réfléchissantes 13 et 31 respectivement, la densité de lumière à la surface 13 est au moins égale à quatre fois celle qu'on obtient à la surface 31. Simultanément, cependant, la moitié seulement environ de la surface 13 est active par rapport à la surface 31 et en conséquence, l'effet obtenu est réduit mais malgré tout, il correspond au moins au double (facteur 2). L'avantage de optique selon l'invention par rapport par exemple au réflecteur 33 de la figure 7, apparat aussi schématiquement comme représenté sur les figures 8a-8b et 9a-9b. Dans le plan de la figure 3a, les rayons lumineux parvenant sur l'optique recouvrent une distance a'. La distance ouverte par les rayons lumineux dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 8a est égale à b', comme représenté sur la figure eb, cette distance étant limitée par la largeur de la surface de la facette. Pour un réflecteur à facettes du type représenté sur'la figure 9a, la valeur correspondant à a' porte la référence a", les valeurs a' et a" étant sensiblement égales pour deux dispositifs de dimensions comparables. La longueur moyenne recouverte par les rayons lumineux dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 9a porte la référence b" sur la figure 9b, b" étant inférieur à la moitié de b', comme représenté d'après la configuration géométrique de la figure 8b. F' correspond au foyer virtuel de la surface sphérique. Les figures 8a-8b et 9a-9b et la description qui précède montrent clairement sur la surface réceptrice de l optique selon l'invention est b'/b" fois supérieure à la surface réccptrice correspondante du dispositif connu considéré. La figure 8a représente aussi un exemple de prisme qui donne satisfaction en pratique. Pour la direction d'incidence représentée sur la figure, par rapport à l'axe de symétrie 41, on constate qu'on peut choisir un rayon de 22,5 pour la partie sphérique alors que la hauteur du réflecteur est de 15 et la hauteur totale du réflecteur et de la partie sphérique est de 34,5. L'angle est égal à 600 et l'angle 0 à 45". La matière utilisée est un verre acrylique. On peut évidemment choisir une matière ayant un autre indice de réfraction et d'autres dimensions, angles et nombre de surfacés de facette ainsi que une autre configuration pour le conducteur de lumière. De plus, la réalisation de l'objectif grand angulaire discontinu dépend aussi de l'angle de la lumière incidente. Une variante d'objectif grand angulaire selon l'invention coopère avec un ensemble transmettant la lumière, contrairement à un ensemble récepteur tel qu'un détecteur. Les rayons lumineux sont alors transmis en sens sensiblement opposés par rapport au sens décrit dans l'exemple précédent, si bien que la lumière peut être transmise dans une ou plusieurs directions correspondant aux directions d'incidence. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexes. REVENDICATIONS 1. Optique grand angulaire discontinue destinée à un récepteur de lumière placé dans un espace donné qui est limité notamment par une ou plusieurs fenêtres ou analogues permettant a la lumière provenant de espace à partir d'une ou plusieurs directions d'incidence de passer par un seul point placé sur un axe central de l'espace, avec une même inclinaison par rapport à cet axe, ladite optique étant caractérisée en ce qu'elle comporte une partie sphérique placée sur la surface de base d'un réflecteur pyramidal à facettes, comportant une surface de facette pour chacune des directions d'incidence de la lumière, la partie sphérique et le réflecteur sont disposés symétriquement par rapport à l'axe central, la partie sphérique est disposée par rapport aux directions d'incidence de la lumière de manière que sa surface forme un dioptre convergent pour la lumière provenant de toutes les directions d'incidence, et la lumière, étant donné l'inclinaison des surfaces des facettes, est focalisée de manière qu'un plan image soit formé au niveau d'un diaphragme limitant le champ de vision et placé au niveau de la partie sphérique. 2. Optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diaphragme du champ de vision est placé sur une face supérieure de la partie sphérique, qui est revêtue d'une matière absorbant la lumière, placée entre l'ouverture du diaphragme et, vers l'extérieur, les bords de la face supérieure. 3. Optique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'un conducteur de Ininière sous forme d'une pyramide tronquée est placé sur la face supérieure de manière que son extrémité étroite soit en contact optique avec la partie non revêtue de la surface supérieure, si bien que le conducteur lumineux constitue une limite du champ de vision. 4. Optique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le réflecteur lumineux comporte le méme nombre de surfaces de facette que le réflecteur à facettes, chaque surface de facette du conducteur correspond à une surface de facette du rétl~cteur, les deux surfaces de facette se correspondant ainsi l'une par rapport à l'autre ont une inclinaison telle que la lumière subit une réflexion totale sur la surface de facette du conducteur, et la lumière tombe ensuite, en direction fanant un angle aussi petit que possible avec la normale,sur un filtre disposé à ltextrémité large du conducteur. 5. Optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conducteur de lumière coopère non seulement avec le filtre mais aussi avec un détecteur qui indique si un objet se trouve dans le champ de vision. 6. Optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le réflecteur à facettes est tronqué à son extrémité étroite, et la surface obtenue comporte un organe permettant une fixation simple de 11 optique dans espace à l'aide d'un dispositif convenable. 7. Optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, destinée à un émetteur de lumière, caractérisée en ce que le conducteur de lumière coopère avec un émetteur de lumière, la lumière transmise vers l'extérieur correspondant aux directions d'incidence,étant réfléchie par les surfaces des facettes du conducteur et du réflecteur et quittant l'optique par la surface sphérique de la partie sphérique.