Brevet FR2529351A1 — publié le 19831230

La présente invention concerne un dispositif de direction de rayonnement, ot un système optique transfère un rayonnement optique entre une position fixe, à laquelle peut se trouver un élément détecteur sensible au rayonnement ou une source de rayonnement, et un champ spatial, c'est-à-dire un champ de vision à partir duquel le rayonnement doit être regol ou un champ dans lequel un faisceau de rayonnement doit être dirigé, la direction du champ pouvant être contrôlée de façon variable Les systèmes optiques permettant de faire varier la directionaxiale du champ de vision d'un détecteur de rayonnement sans deplacement réel de celui-ci sont bien connus mais-ont tendance à être quelque peu complexes, c'est-à-dire à comprendre un nombre relativement grand d'éléments optiques, ce qui a pour effet d'augmenter la perte de puissance et les aberrations. Selon la présente. invention,- on prévoit un dispo sites de direction de rayonnement optique comprenant un système optique o des éléments optiques mobiles les uns par rapport aux autres peuvent servir à transférer un rayonnement optique entre une position - un côté d'entrée ou un c8té de sortie du système et un champ à direction variable à l'autre c8té d'entrée ou côté de sortie, caractérisé en ce que le système optique comprend un moyen de montage de lentille, une lentille convergente, et des première et seconde lentilles divergentes, les lentilles étant supportées par le moyen de montage avec la première lentille divergente entre la lentille convergente et la seconde lentille divergente et fixées par rapport à cette position, la seconde lentille divergente entre la première lentille divergente et ladite position, et la seconde lentille divergente et la lentille convergente étant fixées l'une par rapport à l'autre mais pouvant ensemble être mises en rotation autour d'un point de pivotement entre les première et seconde lentilles divergentes de manière à faire varier le sens du champ. Le moyen de montage peut comprendre un moyen de montage à la cardan supportant la lentille convergente et la seconde lentille divergente pour permettre. un mouVement de rotation autour du point de pivotement avec deux degrés de liberté. Avantageusement, chaque lentille divergente comprend au moins un élément de lentille concave-convexe, l'élément ou chaque élément de chaque lentille étant posi tionné avec sa surface concave généralement en regard de l'autre lentille et le point de pivotement est le point d'intersection des axes optiques des lentilles, De préférence, le système optique comprend une autre lentille convergente entre la seconde lentille divergente et dite position et en relation fixe avec ladite position, Avantageusement, chaque lentille divergente fonctionne de façon à recevoir un faisceau de rayonnement convergeant vers un point au avina a proximité de l'autre lentille divergente et à faire en sorte quelle faisceau devienne sensiblement parallèle, Le dispositif peut comprendre un élément détec teur, sensible au rayonnement, à ladite position,le disposio tif pouVant alors fonctionner pour donner une image du rayons nement provenant de l'intérieur du champ de vision à direction variable sur l'élément détecteur, ou peut avoir une source de rayonnement optique à ladite position, auquel cas il permet de projeter un faisceau de rayonnement dans le champ. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans. lesquels La figure 1 est une vue en coupe d'un appareil comportant un détecteur de rayonnement infrarouge; et La figure 2 est une représentation schématique d'une variante de l'appareil de la figure 1. L'appareil représenté en figure 1 comprend un dispositif de détection de rayonnement infrarouge 1 et un système optique qui permet de diriger sur la surface sensible du dispositif 1 le rayonnement provenant de l'intérieur du champ de vision 2, symétrique autour d'un axe 3, la direction du champ de vision 2 étant variable à l'intérieur d'un champ de vision d'ensemble de forme conique 4 qui est symétrique autour d'un axe optique 5.Le dispositif 1 est fixe avec sa surface sensible en alignement avec un plan d'image 6 qu est perpendiculaire à l'axe 5 et coupe cet axe en un point 7, le centre de cette surface sensible étant situé à ce point d'intersectiont Le système optique comprend une série de lentilles, c'est-à-dire dans l'ordre dans lequel elles apparaissent pour le rayonnement entrant dans l'appareil, une lentille convergente d'objectif 8, une première, puis une seconde lentille divergente 9 et 10, respectivement, et une lentille convergente de mise au pont 11.Les lentilles 9 et ll.ont une position fixe avec leur axe optique aligné aveç l'axe 5.- Par ailleurs, les lentilles 8 et lO sont fixes l'une par rapport à l'autre avec leur axe optique aligné le long de l'axe 3, mais sont supportées par un agencement de montage à la cardan comprenant des éléments de chAs- sis 12 et des accouplements pivotants 13, d'off il résulte que les lentilles peuvent être déplacées de façon que l'axe 3 tourne autour d'un point 14 situé sur l'axe 5 entre les lentilles 9 et 10 suivant deux degrés de liberté, c'est-à-dire à l'intérieur du plan de la figure et dans un plan perpendiculaire à celui-ci. Chaque lentille 9 et 1Q est une len tille à doublet, c'est-à-dire qu'elle comprend deux éléments à faible distance l'un de l'autre. Chaque élément comporte une surface convexe et une surface concave, les éléments de la lentille 9 ayant leurs surfaces convexes plus proches de la lentille d'objectif 8 et les éléments de la lentille lu ayant leurs surfaces convexes plus proches de la lentille de mise au point 11. Bien que cela ne soit pas essentiel, dans le cas représenté, les lentilles 9 et 10 sont sensiblement identiques, à l'exception du fait qu'elles sont dirigées dans des directions opposées. Les surfaces concave et convexe de tous les éléments de lentille sont en partie sphériques avec leurs centres respectifs sur l'axe 3. Un faisceau de rayonnement infrarouge 15 que re çoit la lentille 8 en provenance d'une source ponctuelle située à distance (non représentée) et symétrique autour de l'axe optique 3, est rendu convergent par la lentille 8 vers le point 16 ofl l'axe 3 coupe la surface concave de l'élément intérieur de la lentille 10 La lentille 9 est telle que le rayon central 17 du faisceau 15, c'est-à-dire la partie du faisceau qui se déplace le long de l'axe optique 3 directement vers le point 16, soit dévié de façon que son angle d'incidence 0 avec l'axe 5 soit la moitié de la valeur qu'il aurait si la lentille 9 n'était pas présente, c'est-à-dire si le rayon était acheminé le long de l'axe 3 jusqu'au point où cet axe coupe l'axe 5. I1 en résulte que le rayon 17 tombe sur la surface de l'élément intérieur concave de la lentille 1Q au point de coincidence de cette surface avec l'axe 5. L'examen de la géométrie du système montre que à ce point d'incidence, la déviation due à la lentille 10 correspond à celle due à la lentille 9 au point où le rayon central 17 la traverse, Par conséquent, la lentille 10 dévie le rayon 17 de façon qu'il en sorte suivant l'axe 5. Par ailleurs, le reste du rayonnement à .l'in- trieur du faisceau 15 est dévié par la lentille 9 de fa çon à passer entre la lentille 9 et la lentille 10 dans une direction parallèle au rayon 17, c'est-à-dire que le faisceau parallèle d'origine reçu et rendu convergent par la lentille 8 est de fait recollimaté par la lentille 9, et que ce faisceau recollimaté est rendu divergent par la lentille 10 de sorte qu'il sort symétriquement autour du rayon 17 et de l'axe 5 comme s'il divergeait du point 18 ot l'axe 5 coupe la surface concave de l'élément intérieur de la lentille 9 Ce faisceau divergent est mis au point par la lentille 11 sur l'élément 1 de détecteur.Un nouvel examen de la figure montrera que ce qui précède se produit lorsque l'angle entre les axes 3 et 5 est autre que l'angle représenté, y compris lorsque les axes sont en alignement De plus, si le rayonnement original provient d'une scène, une image de celle-ci est formée au plan d'image 7 et, pourvu que les parametres des lentilles soient correctement choisis,cette image ne souffrira pas d'une rotation importante alors que l'angle entre les axes 3 et 5 varie, Les limites de la variation possible de l'angle entre axes 3 et 5, et par conséquent les dimensions du champ de vision d'ensemble 4 à l'intérieur duquel le champ de vision instantané 2 (défini par les dimensions du dispositif détecteur 1) peut se déplacer sont déterminées par la construction particulière de l'appareil représenté Cependant, en clair, toutes les caractéristiques de cette construction particulière ne sont pas essentielles. Par exemple, il n'est pas essentiel que les lentilles 9 et 10 soient identiques, qu'il s'vagisse de leurs dimensions, de leur forme ou de leur puissance optique En conséquence de ce qui précède, naturellement, il n'est pas essentiel aussi que le faisceau 15 soltparallèl pendant qu'il passe entre les lentilles 9 et 10 Par exemple, la lentille 8 et/-ou la lentille 9 peuvent être telies que le faisceau soit divergent ou convergent lorsqu'il atteint la lentille.lC, et la lentille 10 etXou la lentille 11 peuvent être conçues de tanière appropriée de façon à obtenir la mise au point souhaitée sur le détecteur 1 (en supposant, naturellement, qutune telle mise au point soit souhaitée, ou non, Par exemple, il est possible que le faisceau parallèle d'origine doive sortir de la lentille 11 et, naturellement, la puissance de la lentille 11 doit être choisie pour y parvenir) Une des modifications avantageuses possibles de ce qui est représenté, consisterait à conférer à l'une des lentilles 9 et 10 des dimensions telles que les deux lentilles se chevauchent ou reposent en partie l'une dans l'autre, aux limites de rotation des lentilles 8 et 10 autour du point 14. Cela peut éliminer une limitation structurelle de l'angle maximum entre axes 3 et 5, c'est-à-dire que cela peut augmenter la dimension du champ de vision d'ensemble 4.L'une quelconque des lentilles ou toutes les lentilles pourraient être sphériques ou asphériques, et l'une ou l'autre des lentilles 8 et 11 pourrait être une lentille à éléments multiples, par exemple, un doublet.Par ailleurs, les lentilles 9 et 10 ne sont pas nécessairement des doublets, comme représenté, mais au contraire chacune peut comprendre plusieurs éléments ou seulement un élément unique.Par exemple, dans la modification représentée en figure 2, il y a de nouveau des lentilles objectif et de mise au point 20 et 21, respectivement, et un détecteur de rayonnement 24 disposé, comme dans la figure 1, mais les lentilles 9 et 10 de ce mode de réalisation sont remplacées par des lentilles respectives 22 et 23 ayant un seul élé- ment concavo-convexe. Ces deux lentilles sont disposées avec leur surface concave en regard l'une de l'autre. Les deux lentilles sont là encore identiques et comportent des surfaces convexes en partie sphériques les lentilles étant diL lntes l'une de l'autre de façon que les centres de courbure de ces surfaces convexes soient situés tous deux au point 25 autour duquel tourne l'axe optique mobile 26.Par ailleurs, les surfaces concaves des lentilles peuvent être également en partie sphériques, le centre de courbure étant situé aux points respectifs 27 et 28 sur l'axe central fixe 29 La puissance de la lentille 22 est telle qu'un rayon de rayonnement 30 arrivant le long de l'axe 26 est dévie de façon à tomber sur la surface concave de la lentille 23 au point ot cette surface est coupée par l'axe 29,d'où il résulte-que, la lentille 23 étant identique à la lentille 22, le rayon est dévié suivant l'axe 29. Au lieu de l'appareil permettant de recevoir un rayonnement, les systèmes optiques décrits pourraient constituer une partie d'un appareil de projection de rayonnement vers une partie contrôlable d'un volume conique d'ensemble de l'espace.Pour cela, le dispositif détecteur 1 ou 24 peut naturellement être simplement remplacé par une source de rayonnement appropriée.Que l'appareil soit destiné à recevoir ou à projeter un rayonnement, le rayonnement peut prendre n'importe quelle forme de rayonnement optique, y compris, par exemple, la bande visible ainsi que le rayonnement infrarouge déjà cité. Commeindiqué précédemment, la forme de réalisation particulière illustrée des lentilles 8 à ll ou 2Q à 23 n'èst pas essentielle. I1 est possible également que la lentille de mise au point 11 ou 21 ne soit pas nécessairé du tout. Par exemple, dans le cas où le système optique est destiné à être utilisé en association avec un appareil optique séparé, la fonction de la lentille de mise au point 11 ou 22 peut être assumée par un agencement de lentilles approprié déjà prévu dans cet appareil séparé, La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaÎtront à l'homme de l'arts REVENDICATIONS 1 - Appareil de direction de rayonnement optique, comprenant un systeme optique ou des éléments optiques mobiles les uns par rapport aux autres peuvent servir à transférer un rayonnement optique entre une position située à un côté d'entrée ou un côté de sortie du système et un champ à direction variable à l'autre côté d'entrée ou côté de sortie, caractérisé en ce que le système optique comprend un moyen de montage de lentille, une lentille convergente, des premiere et seconde lentilles divergentes, les lentilles étant supportées par un moyen de montage avec la première lentille divergente entre la lentille convergente et la seconde lentille divergente et fixés par rapport à ladite position, la seconde lentille divergente entre la première lentille divergente et ladite position, et la seconde lentille divergente et ia lentille convertente étant fixes l'une par rapport à l'autre mais pouvant ensemble tourner autour d'un point de pivotement entre les première et seconde lentilles divergentes de manière à faire varier la direction du champ. 2 - Dispositif selon la revendication l,caracté- risé en ce que le moyen de montage comprend unmoyen de mon tage à la cardan supportant la lentille convergente et la seconde lentille divergente pour permettre leur mouvement de rotation autour du point de pivotement avec deux degrés de liberté. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lentille divergente comprend au moins un élément de lentille concavo-convexe, le ou chaque élé- ment de chaque lentille étantpositionné avec sa surface convexe généralement en regard de l'autre lentille, et en ce que le point de pivotement est le point d'intersection des axes optiques des lentilles. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que le système optique comprend une autre lentille convergente entre la seconde lentille divergente et ladite position et en relation fixe avec ladite position. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caracté risé en ce que l'une et l'autre lentille divergente peuvent recevoir un faisceau de rayonnement convergeant vers un point se trouvant au moins à proximité de l'autre lentille divergente et amener ce faisceau à devenir sensiblement parallele. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un elément détecteur, sensible au rayonnement, placé à ladite position, le dispositif étant apte à donner une image du rayonnement provenant de l'intrieur du champ de vision et tombant sur l'élément détecteur.