Brevet FR2404238A1 — publié le 19790420

La présente invention est du domaine des techniques de l'optique et elle a pour objet un dispositif ou système optique pour observer dans une enceinte à paroi épaisse, telle de chambre forte par exemple, avec une visibilité quasi totale. On connait des dispositifs appelés communément juda optique permettant à un observateur situé derrière une porte d'observer la quasi totalité des objets optiques présents sur le palier, à condition bien entendu que ces objets soient suffisamment éclairés ; de tels dispositifs sont en général constitués par un doublet optique comprenant soit un couple de lentilles à bord épais, soit un ménisque et une lentille à bord épais ; ce doublet formant un système optique fortement divergent donne selon certaines conformations de dioptres qui le constituent-une image virtuelle de l'ensemble des objets disposés sur le palier ; en général cette image virtuelle est observée à l'aide d'une lentille convergente qui permet à la fois une certain grossissement de l'image et l'accomodation à l'oeil.On comprend qu'un tel système ne peut avoir une grande longueur, sous peine d'avoir une image très peu lumineuse. Ainsi le système précité du juda optique ne peut-il être appliqué à l'observation à travers des parois d'épaisseur supérieure à une dizaine de centimètres. Or la sécurité de certaines enceintes telles que chambres fortes ou chambres des coffres d'une banque exige qu'une observation discrète et quasi totale puisse être effectuée à intervalle régulier depuis l'extérieur de l'enceinte. Pour permettre cette observation on a proposé l'utilisation de ca méras de télévision placées en quelques points de l'enceinte et permettant la visualisation sur les écrans de télévision du champ des caméras ; un tel système bien que très efficace a l'inconvénient d'être très couteux. On a proposé aussi d'observer l'intérieur de l'enceinte à l'aide d'endoscope du genre médical ou de périscope ; un inconvénient de l'un et l'autre de ces dispositifs est que leur champ de vision est assez réduit (par exemple à un angle solide de 30 à 60 ) et qu'il faut par conséquent les faire tourner sur leur axe pour balayer l'ensemble du champ, ce qui peut /nuire à la discrétion de leur mise-en oeuvre, cette discrétion étant également affectée par un certain dépassement nécessaire à l'inte- rieur de l'enceinte ; un autre inconvénient réside dans le colt non négligeable de ces appareils. Le but de la présente invention est de per mettre l'observation de l'ensemble des objets vus depuis un point d'une enceinte à paroi de forte épaisseur avec une qualité d'observation équivalente à celle que permettrait un juda optique si les parois de l'enceinte étaient de faible épaisseur ; ce but est atteint par le dispositif ou sytème optique proposé par la présente te invention. Selon la présente invention un système optique centré pour l'observation à travers une paroi d'enceinte est principalement caractérisé en ce qu'il comprend pour agir en combinaison, et successivement le long de l'axe du système, un premier système optique divergent pour donner de l'ensemble des objets situés au moins au devant de lui une image initiale, virtuelle et située devant lui, un deuxième système optique pourvu d'une extrémité d'entrée et d'une extrémité de sortie, dont la longueur suivant l'axe est sensiblement égale à l'épaisseur de la paroi, le dit second système étant dans son ensemble convergent et étant destiné à fournir de l'image initiale une image terminale au voisinage de son extrémité de sortie, et un troisième système optique dit d'accomodation pour permettre à l'oeil situé derrière lui de voir l'image précédente sous un diamètre apparent sensiblement égal à celui sous lequel l'image initiale est vue depuis l'extremité d'entrée du dit second système, d'où il résulte que l'observation des objets à travers tout le système optique est sensiblement équivalent en qualité d'image et notamment en luminosité, à l'observation qui pourrait être faite de L'image initiale directement avec le système optique d'accomodation, mais avec, selon le but recherche, un allongement du système optique au moins égal à l'épaisseur de la paroi. Plus particulièrement et de préférence le premier système optique divergent est constitué par un doublet constitué par un ménisque à bords épais dont la face avant a un rayon de courbure relativement grand par rapport au-rayon de courbure de sa face arrière laquelle est sensiblement hémisphéri que, et par une lentille biconcave accolée à la face arrière du ménisque, la dite lentille biconcave ayant deux faces sensiblement symétriques l'une de l'autre, de rayon51et de diamètres,sensible- ment égaux entre eux et sensiblement plus grands que ceux de la face arrière du ménisque ; le deuxième système optique est, tou jours de préférence, constitué de cinq lentilles identiques dis tan#tes l'une de l'autre successivement d'une distance légèrement inférieure au double de leur distance focale, d'où il résulte que le grandissement linéaire du système est sensiblement supérieur à un et voisin de deux ; de préférence encore le troisième système optique, dit d'accomodation,est constitué d'une lentille plan-convexe et d'un oeilleton entretoisés à une distance l'un de l'autre comprise entre le quart et la moitié de la distance focale de la dite lentille ; de préférence encore le deuxième système optique ,dit aussi translateur d'images, est situé à une distance du premier système telle que l'image initiale virtuelle soit située dans un zone comprise entre le foyer objet de la première lentille, ou lentille constituant la face d'entrée de ce deuxième système, et proche de ce foyer objet, d'où il résulte que l'image terminale donnée par le second système de l'image initiale, est proche de l'extrémité de sortie constituée par la cinquième lentille ; de préférence enfin, le dit troisième système est situé de façon réglable à une distance du deuxième système égale à environ la moitié de la distance focale de la dite lentille plan convexe cons titutive du dit troisième système, d'où il résulte que l'image observée à travers ce troisième système est une image virtuelle accessible à l'oeil et ce facilement du fait de la possibilité de réglage que permet l'accomodation. On notera que les caractéristiques énon cées ci-dessus permettent de concevoir des systèmes optiques de longueur quelconque adaptables pratiquement à n'importe quelle épaisseur de paroi d'enceinte dans des limites raisonnables ; ain si en se donnant un encombrement permanent prenant en compte à la fois la distance de la première lentille du deuxième système au premier système divergent et la distance de la lentille d'accomo dation à la cinquième et dernière lentille du système ainsi que l'épaisseur des cinq lentilles du second système, égal par exemple a dix centimètres on obtient la relation donnant la distance focale des cinq lentilles du second système en fonction de l'é- paisseur de la paroi# à traverser :F > ( e - 10 ) / 8 de plus et en considération des caractéristiques énoncées ci-dessus relatives à la position des lentilles du second système entre elles et oréconisant un intervalle optique négatif par exemple égal au tiers de la distance focale, la valeur d'entretoise entre deux lentilles du second système pourra être avantageusement donnée par la relation d=2f-A soit encore d = 2 f - f-/ 3 soit finalement d = 5 f / 3 La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaitront, à la description qui va en être faite en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles La fig. 1 est un diagramme schématique représentatif des fonctions des systèmes constitutifs du dispositif de l'invention, et La fig. 2 est unecoupe suivant l'axe optique d'un dispositif particulier conforme à l'invention. Sur la fig. 1 un dispositif ou un système optique de l'invention se compose dans sa généralité d'un système optique divergent 1 dit grand angulaire c'est à dire pouvant per cevoir des objets lumineux situés dans un angle solide# ~ supé- rieur à 1800 pour en donner une image virtuelle 2 située un peu en avant de lui, d'un dispositif translateur d'image 3 pourvu d'une extrémité d'entrée 4 et d'une extrémité de sortie 5 pour donner de l'image initiale 2 une image sensiblement plus grande située au voisinage de sa face de sortie 5 et d'un système d'accomodation 6 pour permettre à un oeil 7 situé derrière lui de voir l'image située au voisinage de 5 sous sensiblement le même diamètre apparent que l'image 2 est vue depuis la face d'entrée 1 du translateur , les systèmes optiques 1, 3 et 6 sont centrés sur un axe optique 8. Sur la fig. 2 un système plus particulier de dispositif optique d'observation à travers une paroi épaisse, conforme à l'inventionlse compose des mêmes éléments 1, 3 et 6 que le dispositif schématisé en fig. 1. Le système optique 1 défini précédemment comme premier est constitué par un doublet composé d'un ménisque a bords épais il et d'une lentille biconcave 12 ; le ménisque 11 a une face avant ayant un rayon de courbure R 11 relativement grand par rapport au rayon de courbure r 11 de sa face arrière qui est pratiquement hémisphérique ou en demi boule ; la lentille biconcave 12 a deux faces symétriques l'une de l'autre de rayon R 12 identiques, son diamètre étant sensiblement supérieur au diamètre de la demi boule du ménisque 11 de façon que la totalité de rayons lumineux passant à travers la demi boule soit récupérée par la lentille biconcave ce qui contribue à la luminosité de la vision. Le système translateur d'image défini précédemment comme second se compose de cinq lentilles plan convexesL 1, L 2, L 3, L4 et L 5 identiques les unes aux autres et équidistantes entre elles, et séparées par des entretoises telles que 31 d'égale longueur ; la longueur d'une entretoise 31 est telle que le foyer objet d'une lentille tel que le foyer objet F 2 de la lentille L 2 soit situé en avant sur l'axe du foyer image tel que F'1 de la lentille qui le précède, la distance entre ces deux foyers voisins étant appelée intervalle optique A On a seulement représenté sur la fig. 2 les lentilles L 1 et L 2 à leur distance réelle mais il doit être compris que la même disposition se retrouve pour les lentilles L 3, L4 et L 5.La po, sition de la lentille L 1 par rapport au doublet du premier sys thème est telle que son foyer objet F 1 (non représenté sur la figure) est légèrement en avant du doublet, cette distance est /Dour définie par l'entretoise 13. On préfèrera,augmenter la luminosi- té et diminuer les aberrations chromatiques, la disposition indiquée sur la figure, à savoir la première lentille plan biconcave a sa face plane orientée vers l'avant du système tandis que les quatre autres lentilles ont leur face plane orientée vers l'arrière. Le système d'accomodation 6 se compose d'une lentille plan convexe L6 et d'un oeilleton 61 ; la lentille L 6 a une distance focale de préférence supérieure à la distance focale des lentilles L I L 5, par exemple du double et elle est située derrière L 5 à une distance 62 égale à environ la moitié de sa distance focale ; l'oeilleton est situé à une distance 63 de L 6 égale environ à trois centimètres. On notera que les distances d'entretoises 13, 62 et 63 sont, cumulées, dtuoedizaine de centimètres, ces distances pouvant varier légèrement en fonction de la longueur totale du dispositif de l'invention ; toutefois c'est sur la longueur 32 cumulant les quatre entretoises 31 plus l'épaisseur des lentilles que l'on jouera pour augmenter ou diminuer la longueur du dispositif en fonction de l'épaisseur des parois à.traverser. Les exemples suivants vont permettre de mieux comprendre comment sont déterminées ces différentes longueurs - Premier exemple L'épaisseur de la paroi est de cinquante centimètres, par conséquent la longueur du deuxième système sera de quarante.centimètres, d étant la longueur d'entretoise 31, on a d = 40 / 4 = 10 centimètres en appliquant la relation ci-dessus donnée , on obtient f = 3 x 10 / 5 = 6 centimètres ainsi on choisira pour les lentilles L1, L2, L3, L4 etL5 des lentilles plan convexes ayant un rayon de courbure d'environ trente millimètres, soit encore,avec un verre d'indice environ 1,531unie distance-focale de six centimètres. Le diamètre de ces lentilles est de 14 millimètres et leur épaisseur au sommet est de 5 millimètres. Pour le doublet divergent R 11 = 25 millimètres, r 11 = 4 millimètes, le diamètre D 11 du ménisque 11 est de 18 millimètres, le diamètre D 12 du ménisque 12 est de 10 millimètres et le rayon R 12 de ses faces est de 7 millimètres; la lentille L 6 d'accomodation a un diamètre de 14 millimètres, une épaisseur de 5 millimètres et un rayon de face avant de 63 millimètres ; elle est située de 7 à 10 centimètres derrière la lentille L 5 et 3 centimètres devant l'oeilleton 61. - Second exemple L'épaisseur de-la paroi est d'un mètre, les premier et troisième systèmes peuvent être identiques à ceux du premier exemple, par conséquent la longueur du-deuxième système, ou système translatteur, sera de quatre vingt dix centimètres ; on a alors d = 90 / 4 = 22,5 cm et f = 3 x 22,5 / 5 = 13,4 cm ainsi on choisira pour les lentilles L1, L2, L3, L4 et L5 des lentilles plan convexes ayant une distance focale de 13,4 centimètres. I1 doit être encore précisé que les dispositions générales de l'invention sont applicables au traitement optique des rayons infra-rouge émanant des objets observés, à condition que l'optique soit appropriée au traitement de ces rayons ; un dispositif de l'invention fonctionnant en lumière infra-rouge présente l'avantage de permettre l'observation en cas de panne ou de coupure de l'électricité, ce qui est un point important dans le cas de surveillance des chambres fortes de coffres par exemple. Il doit être enfin noté que le dispositif de l'invention peut être utilisé avec des caméras de prises de vues photographiques et ce par le simple choix de la dernière lentille L 6 qui sera alors adaptée pour produire une image pouvant être prise en compte par de tels appareils. Bien que des exemples aient été donnés à titre illustratif, il doit etre compris que la présente invention n'est pas limitée à ceux-ci mais que sa portée est définie par les revendications qui suivent REVENDICATIONS 1.- Système optique centré pour l'observation à travers une paroi d'enceinte, caractérisé : en ce qu'il comprend pour agir en combi naison et successivement le long de l'axe du système : - un premier système optique divergent pour donner de l'ensem ble des objets situés au moins au devant de lui une image ini tiale, virtuelle et située devant lui, - un deuxième système optique pourvu d'une extrémité d'entrée et d'une extrémité de sortie, dont la longueur est sensible ment égale à l'épaisseur de la paroi, le dit second système étant convergent et destiné à fournir de l'image initiale une image terminale au voisinage de son extrémité de sortie, et - un troisième système optique d'accomodation pour permettrr-à un oeil situé derrière lui de voir l'image sous un diamètre apparent sensiblement égal à celui sous lequel l'image initiale le est vue depuis l'extrémité d'entrée du dit second système d'où il résulte que l'observation de l'ensemble des objets à travers tout le système optique est sensiblement équivalenteen qualité d'image à l'observation qui pourrait être faite de l'image initiale directement avec le système optique d'accomodation, mais avec un allongement du système optique au moins égal à l'épaisseur de la paroi ; 2.- Système optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier système optique di vergent est constitué par un doublet constitué par un ménisque à bords épais dont la face avant a un rayon de courbure rela tivement grand par rapport au rayon de courbure de sa face ar rière laquelle est sensiblement hémisphérique, et par une len tille biconcave accolée à la face arrière du ménisque, de rayons et de diamètres sensiblement plus grands que. ceux de la face arrière du ménisque ;; 3.- Système optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième système optique d'accomodation est constitué-d'une lentille plan convexe et d'un oeilleton,- entretoisés à une distance l'un de l'autre comprise entre le quart et la moitié de la distance focale de la dite lentille 4.- #Système optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième système optique est constitué de cinq lentilles identiques distantes l'une de l'autre successivement, d'une distance légèrement inférieure au double de leur distance focale 5.- Système optique selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le dit deuxième système est situé à une distance du premier système, telle que l'image initiale soit située dans une zône comprise entre le foyer objet de la première lentille du second système et proche de ce foyer objet, d'où il résulte que l'image initiale est proche de l'extrémité de sortie 6-.- Système optique selon les revendications 2, 3 et 5, caracté risé :: en ce que le dit troisième système est situé de facon reglable à une distance du deuxième système égale à environ la moitié de la distance focale de la dite lentille plan convexe, d'où il résulte que l'image observée est une image virtuelle accessible à l'oeil et ce facilement du fait du réglage 7.- Système optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des cinq lentilles du deuxième système optique est un ménisque plan convexe d'une distance# focale d'environ six centimètres, la distance entre chacune de ces lentilles étant de dix centimètres, l'épaisseur de la paroi à traverser pouvant être de cinquante centimètres; 8.- système optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des cinq lentilles du deuxième système optique est un ménisque plan convexe d'une distance focale d'environ treize virgule quatre centimètres, la distance entre chacune de ces lentilles étant de vint qua tre virgule huit centimètres, l'épaisseur de la paroi à tra verser pouvant être d'un mètre