Brevet FR2534701A1 — publié le 19840420

Système optique adaptatif La présente invention concerne un système optique adaptatif pour la correction de défauts de reproduction dynamiques dus en particulier à des perturbations atmosphériques, comportant au moins un miroir correcteur à surface déformable par commande, un capteur opto-électrique dans un plan d'image du système ainsi qu'une unité de commande du miroir correcteur, connectée au capteur. Parmi les systèmes optiques adaptatifs jusqu'à présent connus (v Noir par exemple John W Hardy, "ACTIVE OPTICS: A NEW TECHNOLOGY FOR THE CONTROL OF LIGHT" Proceedings of the IEEE, Vol 66, N O 6, Juin 1978) ce sont surtout ceux qui comportent une correction dite correction du front d'ondes qui ont acquis une importance particulière. Comme élément de correction du front d'ondes, on a à cet égard préconisé les miroirs à surface déformable qui sont équipés d'organes de réglage piézo-électriques Comme élément capteur, on se sert dans ce cas d'un détecteur dit de front d'ondes à partir duquel les organes de réglage du miroir reçoivent par l'intermédiaire d'une calculatrice des signaux de réglage de façon que les déformations du front d'ondes soient corrigées Comme avec ces types de systèmes détectant et corrigeant les fronts d'ondes, ce n'est pas la qualité d'une reproduction d'image, mais la déformation d'un front d'ondes incident dans le système optique qui est mesurée, une source lumineuse ponctuelle de référence est nécessaire,, par exemple celle d'une étoile L'efficacité des capteurs de fronts d'ondes en combinaison avec une source de lumière incohérente de grande surface, comme par exemple celle de la surface solaire, est pour le moins douteuse. D'après la publication mentionnée ci-dessus, on connait en outre un système optique adaptatif, avec lequel on tire, par une mesure d'intensité, des enseignements en ce qui concerne la netteté d'image et la perturbation du front -d'ondes A l'aide d'un miroir à surface déformable par commande et d'un diaphragme également à commande, monté en avant de ladite surface, on effectue alors également une correction des déformations du front d'ondes Ce procédé également ne convient pas pour des sources de lumière incohérente, de grande surface, comme par exemple celle qui est représentée par la surface du soleil, car aucune relation nette n'existe entre l'accroissement d'intensité et la qualité d'image. Le but de l'invention est par suite de réaliser un système optique adaptatif pour la correction de défauts de reproduction dynamiques dus en particulier à des perturbations atmosphériques, avec lequel on puisse avant tout observer des sources lumineuses de grande surface. -L'objectif précité ainsi que d'autres qui apparaîtront mieux dans ce qui suit est essentiellement atteint selon l'invention par un système optique adaptatif du type décrit ci-dessus au début, caractérisé par le fait que le capteur est agencé en tant que capteur de netteté d'image à haute définition locale, avec lequel sont détectées-des variations spatiales et temporelles de l'image reproduite, sous forme de signaux de netteté, et que des signaux de commande pour l'adaptation du miroir correcteur sont produits à partir desdits signaux de netteté. Avec le système de l'invention, on utilise, pour l'optimisation de l'image, précisément les caractéristiques d'une source lumineuse de grande surface ou d'une image reproduite correspondante Au moyen d'un capteur de netteté d'image à haute définition, par exemple une matrice de diodes, on n'évalue pas, comme dans le procédé mentionné ci- dessus, l'intensité globale, mais la distribution d'intensité dans le plan d'image Consécutivement, on -en retire par voie électronique, selon des procédures connues, une mesure de la 4 netteté d'image La commande des organes de réglage du miroir correcteur peut alors également avoir lieu selon des procédés connus, par exemple suivant le principe de-"essai et erreur". D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre de trois exemples de réalisation, représentés en partie schématiquement, et donnés à titre indicatif, mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels * La Figure 1 représente un système optique adaptatif avec une matrice de diodes comportant des sorties parallèles des lignes de signalisation La Figure,2 est un système optique adaptatif comportant une matrice de diodes à auto-exploration-; et La Figure 3 représente un système optique adaptatif destiné à être appliqué à l'observation du soleil. Dans l'exemple de réalisation-représenté dans la Figure 1, la lumière en provenance d'un télescope non représenté est dirigée sur un miroir adaptatif 6 et une partie de ladite lumière est projetée par l'intermédiaire d'un diviseur de rayonnement 7 et reproduite sous forme d'image sur une matrice plane de diodes 1 La-distribution d'intensité au sein de cette image est convertie-en signaux électriques par la matrice de diodes 1 Ces signaux d'intensité sont élevés au carré dans des multiplicateurs électroniques 2 et additionnés dans un amplificateur de sommation 3, ce qui entraîne la production du signal de netteté S = f I 2 (xy)dxdy Le miroir adaptatif 6 peut être par exemple du type tel que connu d'après l'article de J W Hardy mentionné ci-dessus et présente, par exemple, des organes de réglage piézo-électriques Les différents organes de réglage du miroir 6 sont alors simultanément décalés sous forme sinusoïdale au moyen d'une électronique de commande 5 avec une faible amplitude de, par exemple 0,1 Nom En fonction du déphasage ainsi produit, on observe alors sur le détecteur 1 une variation de le netteté d'image et un signal de commande correspondant est envoyé aux organes de réglage par l'intermiédiaire de l'électronique de commande 5 La différenciation des organes de réglage individuels du miroir adaptatif 6 a lieu par des fréquences de wobbulation différentielles à l'aide desquelles les organes de réglage sont déplacés sous forme sinusoïdale de la manière précitée. Ces fréquences subissent une discrimination en signaux de netteté par des amplificateurs 4 à sélectivité de bande et couplage de phase, par exemple des amplificateurs dits "lock-in" consécutivement envoyées comme signal de réglage caractéristique à l'organe de réglage correspondant. Dans l'exemple de réalisation représenté dans la Figure 2, la commande des organes de réglage individuels d'un miroir adaptatif 16 a lieu séquentiellement dans le temps à l'aide d'une matrice de diodes 11 à autoexploration Dans ce cas, les organes de réglage sont alors respectivement déplacés individuellement les uns après les autres à partir de leur position neutre, une fois en direction positive et une fois en direction négative, et l'image est consécutivement lue à chaque fois par la matrice de diodes 11 Dans une calculatrice 12, la fonction de netteté est calculée numériquement pour les deux positions de chaque organe de réglage et les signaux de netteté respectifs sont mémorisés. La différence des deux signaux de netteté fournit alors le signal de réglage pour chaque organe de réglage du miroir adaptatif Ce processus de calcul et de réglage est effectué de façon continue pour tous les organes de réglage. Les deux procédés décrits pour la commande du miroir adaptatif sont indépendants des caractéristiques de cohérence de la source lumineuse L'étendue spatiale ne joue également dans ce cas aucun rôle Le principe d'agencement des systèmes optiques adaptatifs décrits ci-dessus permet déjà de comprendre que les problèmes d'ajustement ont une importance- secondaire par opposition avec les procédés de correction du front d'ondes mentionnés ci-dessus au début. La Figure 3 représente un système optique adaptatif -approprié pour l'observation solaire, qui est disposé dans le chemin à rayons parallèles entre la fenêtre de sortie d'un téléscope 30 comportant une optique d'adaptation 31 et le plan d'image 32 Pour la correction de l'image reproduite, celle-ci est envoyée par l'intermédiaire d'une optique con- verqente 33 et d'un diviseur de rayonnement 27 avec une intensité d'environ 5-% sur un détecteur 21 à haute définition locale Dans une calculatrice 22 branchée à la suite du détecteur 21, sont évaluées, d'après l'un des procédés décrits 253470 I ci-dessus, des perturbations de la netteté d'image ainsi que des déplacements d'image par l'intermédiaire d'un calcul de corrélation Par l'intermédiaire d'une électronique de commande 25, les déplacements d'image sont alors compensés par le miroir 28 qui présente une surface de miroir qui peut basculer autour de deux axes et qui est déplacé sous l'effet d'organes de réglage piézo-électriques Des défauts de netteté de l'image dus à des perturbations sont corrigés au moyen du miroir adaptatif 26 selon le mode de correction des exemples de réalisation décrits dans les Figures 1 et 2. -2534701 REVENDICATIONS 1 Système optique adaptatif pour la correction de défauts de reproduction dynamiques dus en particulier à des perturbations atmosphériques, comportant au moins un miroir correcteur à surface déformable par commande, un capteur opto-électrique dans un plan d'image du système ainsi qu'une unité de commande du miroir correcteur, connectée au capteur, caractérisé par le fait que le capteur est agencé en tant que capteur de netteté d'image ( 1, 11) à haute définition locale, avec lequel sont détectées des variations spatiales et temporelles avec l'image reproduite, sous forme de signaux de netteté, et que des signaux de commande pour l'adaptation du miroir correcteur ( 6, 16) sont produits à partir desdits signaux de netteté. 2 Système optique adaptatif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte respectivement, disposés l'un à la suite de l'autre dans le chemin à rayons parallèles du système, un premier miroir ( 28) à surface de réflexion basculable autour de deux axes et un deuxième miroir ( 26) divisé en un grand nombre d'éléments de miroir, les éléments de miroir étant déplaçables par l'intermédiaire d'organes de réglage perpendiculairement au plan du miroir. 3 Système optique adaptatif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les différents éléments de miroir du deuxième miroir ( 26) sont déplacés périodiquement de façon simultanée avec des fréquences différentielles, qu'à partir des signaux de netteté sont discriminées les fréquences différentielles et qu'à partir des signaux ainsi discriminés sont produits respectivement les sianaux de commande pour chaque organe de réglage associé. 4 Système optique adaptatif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les différents éléments de miroir sont séquentiellement déplacés de leur position de repos en alternance une fois en direction positive et une fois en direction négative sur une même distance dans chaque cas, que dans chaque cas un signal de netteté de l'image d'ensemble est calculé et qu'à partir de la différence des deux signaux de netteté est produit un signal de commande pour l'organe de réglage respectif. 5 Système optique adaptatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'au moyen d'un corrélateur, on détermine en continu le déplacement d'image respectivement entre deux instants pour produire un signal de réglage pour le premier miroir ( 28).