Brevet FR2466786A1 — publié le 19810410

La présente invention concerne un dispositif catadioptre ou rétroréflecteur, c'est-à-dire un dispositif optique renvoyant un rayonnement,généralement lumineux, selon sa direction d'in- cidence quelle que soit celle-ci dans un champ d'exploitation donné. De tels dispositifs sont utilisés dans des domaines divers notamment dans celui de la télémétrie optique. On peut distinguer parmi les réalisations connues en matière de catadioptre les systèmes catadioptriques c'est-à-dire des systèmes optiques qui comportent à la fois un objectif optique et un miroir et les autres modes de réalisation. Un système catadioptrique conventionnel est formé par l'asso- ciation d'un objectif optique et d'un miroir réfléchissant placé en un foyer de l'objectif. Le rayonnement incident compris à l'intérieur de la pupille d'entrée du système est réfléchi par le miroir et ressort de l'objectif selon une direction parallèle à la direction incidente pour autant que les conditions d'appro- ximation de Gauss sont préservées c'est-à-dire pour des rayons peu divergents de l'axe optique du système. On peut citer également le système catadioptre de Chrétien qui utilise une optique épaisse partiellement réfléchissante et en ce qui concerne d'autres modes de réalisation, les dispositifs catadioptres utilisant les propriétés optiques du coin de cube ou trièdre trirectangle formé par.trois faces adjacentes et réflléchi.s-- santes d'un cube. Dans cette dernière version, le rayon incident subit trois réflexions successives sur les faces et le rayon sortant est symétrique du rayon incident par rapport au sommet commun des faces. Ces dispositifs catadioptres connus présentent des incon- vénients divers. Les dispositifs de Chrétien et le trièdre sont du point de vue réalisation onéreux, empruntant pour l'un une optique épaisse et requérant pour l'autre une précision d'usi- nage élevée, en outre ils ne sont pas réglables après construc- tion. Lorsqu'une certaine discrétion est désirée, le trièdre est inutilisable car son champ n'est pas réglable par interpo- sition d'un diaphragme. Un objet de l'invention est la réalisation d'un dispositif catadioptre précis, de conception simple et dont le champ angu- laire d'utilisation peut être large et réglable autorisant une discrétion désirée. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif ca- tadioptre comporte en combinaison un groupempement de deux mi- roirs sphériques, un miroir principal concave et un miroir se- condaire convexe et dont les rayons sont sensiblement dans le rapport 2/1, ces miroirs étant disposés en vis-à-vis selon un axe de symétrie passant par le centre de courbure commun, une la pupille produite dans un plan perpendiculaire à l'axe et cen- trée sur le centre de courbure, et des moyens de réglage du champs.- Un autre objet de la présente invention est de rendre le dispositif catadioptre modulable pour transmettre en retour une information par modulation du rayonnement réfléchi, de manière à permettre notamment son application dans le domaine des répondeurs de systèmes d'identification ami-ennemi encore appelés systèmes IFF (Identification Friend or Foe). Selon une autre caractéristique de l'invention, le dis- positif rétroréflécteur comporte un dispositif obturateur électro-optique modulable (cristaux liquides, céramiques fer- roélectriques, etc...) disposé à l'endroit de la pupille pour moduler le rayonnement réfléchi. Les particularités et avantages de l'invention apparal- tront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent - la Figure lb un schéma simplifié d'un dispositif catadioptre conforme à l'invention, - la figure 2, un schéma d'un exemple de réalisation du dis- positif catadioptre. Le dispositif représenté à la figure 1 se compose d'un groupement de deux miroirs sphériques, un premier miroir spé- rique Ml dit miroir principal et un second miroir spérique M2 de plus faibles dimensions dit miroir secondaire, de moyens P formant une pupille circulaire et de moyens L de réglage du champ. Les miroirs sont disposés en vis-à-vis le miroir principal étant concave et le miroir secondaire convexe et de manière à présenter un axe de symétrie commun Z commun constituant l'axe optique du dispositif. En désignant par Ri et R2 les rayons respectifs des miroirs Ml et M2, ces valeurs sont dans le rapport 2/1 ou sensiblement, c'est-à-dire que Rl 2R2. On considère à priori,le miroir secondaire posi- tionné axialement en sorte que les centres de courbure sont - confondus en C, la distance axiale FD entre les miroirs vaut dans ce cas R2.Hl et H2 désignent la largeur respective des miroirs constitués chacun par une portion de spère délimitée par un plan orthogonal à l'axe Z représente le diamètre de la pupille circulaire. Cette pupille est formée dans un plan orthogonal à l'axe Z passant par lecentre de courbure C; elle est centrée sur le point C par raison de symétrie. Pour un tel montage optique la pupille d'entrée constituée par l'ouverture de diamètre HP constitue également la pupille de sortie du dispositif. Un rayon incident sort selon une direction sensiblement rétrodirective après trois réflexions. Le rayon rl par exemple, pénètre par la pupille d'entrée, est réfléchi une pemière fois sur le miroir Ml en A, puis une seconde fois sur le miroir M2 en Fl et une troisième fois sur le miroir MI en B et ressort parallèlement à la direction initiale si l'on fait abstraction de l'aberration sphérique et que l'on considère être placé dans le-s conditions d'approximation de GAUSS. Le miroir M2 représente la sphère focale de Ml c'est-à-dire le lieu des foyers, Fl est le foyer de focalisation d'un faisceau incident de direction rl. Les rayons sortants sont limités à ceux qui n'ont pas été occultés par le miroir M2. Une direction d'incidence fait partie du champ angulaire du dispositif tant que la focalisation due au miroir Ml se produit en un point sur la portion de sphère délimitant le miroir M2. L'angle de champ O se trouve donc défini par la re- lation sin O = H2/2R2 ou sin O = H2/Rl. Toutes les aberrations, sauf l'aberration sphérique, sont éliminées par le fait que la pupille P est disposée dans le plan passant par le centre de courbure C des miroirs et perpen- diculaire. à l'axe optique Z du dispositif.L'aberration sphé- rique peut être très fortement réduite en déplaçant légèrement le miroir secondaire M2 par translation le long de l'axe Z de manière à le rapprocher du miroir principal Ml. Le déplace- ment ne peut guère excéder la valeur 0,04R2 afin de ménager la qualité optique du dispositif pour une exploitation cen- trée sur l'axe. A titre d'exemple, pour un diamètre de pupille égal à R2 et un rapprochement de 0,02R2 (la distance axiale FD entre les miroirs devient 0,98R2), l'aberration sphérique est négligeable pour.une exploitation dans un champ de + 20_ (1,5 à 5mrd au lieu de 17 à 33mrd).Dans ce concept C repré- sente le centre de courbure du miroir principal, celui du miroir secondaire se trouvant déplacé le long de l'axe Z de la quantité considérée. Le dispositif catadioptre autorise ainsi un réglage possible par positionnement axial relatif des miroirs. Le dispositif catadioptre autorise également un réglage du champ par un diaphragme réglable L disposé devant le miroir M2 à proximité, c'est-à-dire sensiblement dans le plan ortho- gonal à l'axe Z et passant par F. Le point F représente le foyer principal correspondant à la focalisation des rayons d'incidence nulle (direction de l'axe Z). Le champ peut être rendu aussi, faible qu'on le désire par réglage du diaphragme L; il peut également être réglé très élevé par exemple 30 à 450, sans altération sensible de la qualité optique. Le dispositif catadioptre est constitué avec des élé- ments peu nombreux et simples et il est rigoureusement achro- matique puisque les éléments optiques ne comportent que des miroirs. Dans sa structure la plus simple il comporte les deux miroirs El et M2 et des moyens formant la pupille P, ces moyens pouvant consister en une ouverture circulaire dans un boîtier contenant l'ensemble; les miroirs sont concentriques ou non selon ce qui a été dit précédemment au sujet du réglage axial possible du miroir secondaire. Cette structure peut être dotée de moyens de réglage de champ L, par exemple un diaphragme à pales articulées appelé diaphragme à iris. Un autre aménagement du dispositif catadioptre selon l'invention consiste à la doter de moyens de modulation du rayonnement réfléchi. Ces moyens comportent un élément obturateur optoélectriq'ue disposé dans la pupille P tel une lame en matériau ferro-électrique par exemple. Ainsi le dispo- sitif peut être utilisé comme répondeur sur sollicitation d'un rayonnement déterminé émis par une station émettrice annexe et il peut renvoyer un message par modulation du faisceau réfléchi. Une telle utilisation est envisageable dans un système d'iden- tification ami-ennemi. La figure 2 montre un schéma simplifié d'une forme de réalisation possible du dispositif catadioptre sur laquelle on a reporté les divers aménagements signalés précédemment. L'ensemble optique Ml et M2 est disposé dans un boîtier 1 muni d'une ouverture formant la pupille. L'élément 2 symbolise une fixation périphérique du miroir principal Ml au bottier. Le miroir secondaire M2 est positionné à l'aide de trois bras 3 disposés à 120 , solidaires du boîtier et déterminés en sorte de présenter une surface d'occultation faible. Le diaphragme L est également supporté par les éléments 3. Le bloc 4 repré- sente les moyens de réglage du diaphragme L, ces moyens pouvant être en partie externes au boîtier, cas d'une commande manuelle par exemple. Un obturateur opto-électrique 5, par exemple une lame PLZT, est disposée à l'endroit de la pupille, la commande électrique SC correspondante est élaborée par un circuit de commande 6. Les traitements des miroirs M1 et M2 et l'obturateur Sont déterminés en fonction de la bande de longueur d'onde d'exploitation envisagée. Le diamètre de la pupille conditionne le niveau de flux transmissible, et le diaphragme L le champ d'observation et la discrétion du dispositif. Le dispositif est envisagé plus particulièrement pour réfléchir un rayonnement lumineux, celui émis par un laser par exemple (télémètre optique, système IFF optique etc...) mais on peut se rendre compte également que son exploitation est possible pour un rayonnement électromagnétique micro-ondes (domaine radar, répondeur hyperfréquence, balise...). Dans le cadre d'une application à un système IFF le dispositif est complété par une partie réceptrice o le rayonnement reçu est détecté et identifié de manière à commander la modulation par l'intermédiaire du circuit 6. Ces éléments ne sont pas décrits et peuvent être réalisés de diverses manières; on pourra se reporter notamment à la description faite dans la demande de brevet français 77.01920 du 25.11.77 publiée sous le n0 2.378.404. On trouve également dans ce document des indications relatives à l'utilisation d'une céramique ferro-électrique pour moduler le rayonnement renvoyé. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif catadioptre comportant, en combinaison, un miroir sphérique concave (Ml) dit miroir principal de rayon Ri et d'axe de symétrie (Z) passant par son centre de courbure (C), un miroir sphérique convexe (M2) dit miroir secondaire de rayon R2 = R1/2 dont l'axe de symétrie est confondu avec celui du miroir principal pour constituer l'axe optique du système et qui est disposé en vis-à-vis du miroir principal à une distance (FD) de ce dernier au plus égale à la valeur R2 et des moyens délimitant une pupille (P) dans un plan ortho- 1 gonal audit axe et centrée sur ledit centre de courbure. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le positionnement du miroir secondaire par transla- tion le long de l'axe optique est déterminé vis-à-vis du miroir principal pour réduire l'aberration sphérique. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications i et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de réglage de champ sous forme d'un dispositif diaphragme réglable (2) localisé à proximité du miroir secondaire. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif diaphragme est du type iris. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de modulation du rayonnement réfléchi sous forme d'un dis- positif obturateur opto-électrique (5) disposé à l'endroit de la pupille. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif obturateur comporte une lame PLUT (5) et son circuit de commande électrique (6). 7. Système d'identification ami-ennemi comportant un catadioptre selon la revendication 5 ou 6 formant répondeur.