Brevet FR2531232A1 — publié le 19840203

SYSTEME OPTIQUE D'AUTODIRECTEUR A IMAGERIE. O L'invention concerne un système optique d'autodirec- teur à imagerie comportant un dispositif optique de balayage du champ monté sur une monture à cardan solidaire du gyroscope du missile et un système de détection de l'image du dispositif optique constitué par uneebarrette de détecteurs. Elle trouve une application dans la constitution d'un autodirecteur infrarouge monté sur un missile pour la détection et la poursuite d'une cible. On connalt des systèmes optiques d'autodirecteur à imagerie dans lesquels l'analyse de la scène est obtenue au moyen d'un balayage circulaire Dans ces systèmes, la rotation d'un élément opti- que tel qu'un dièdre ou un prisme de Péchan produit la rotation de l'image de la scène par rapport à une barrette de détecteurs (voir par exemple le brevet français N O 2 481 794). Dans ces systèmes connus, l'ensemble de l'optique de l'autodirecteur ainsi que les détecteurs sont généralement solidaires du gyroscope du missile Cette disposition a l'inconvénient de créer des couples de rappels parasites sur le gyroscope par la rigidité des liaisons électriques et cryogéniques des détecteurs. Le but de l'invention est de proposer un système qui permet de désolidariser les détecteurs du gyroscope. Ainsi le système optique d'autodirecteur à imagerie selon la présente invention est remarquable en ce que ladite barrette de détecteurs est disposée à l'extérieur du gyroscope, montée perpen- diculairement à l'axe du-missile, maintenue fixe par rapport à la - structure du missile et couplée à une extrémité d'un faisceau souple de fibres optiques rangées dont l'autre extrémité est disposée dans le plan focal du dispositif optique de balayage et solidaire dudit dispo- sitif. Un mode de réalisation du couplage de ladite barrette de détecteurs à ladite extrémité du faisceau de fibres optiques est obtenu au moyen d'un dispositif de transport d'image, solidaire de la structure du missile et formant l'image de ladite barrette sur la- dite extrémité du faisceau de fibres optiques, de telle façon qu'une fibre optique corresponde à un détecteur. Une variante de ce mode de réalisation consiste à amener directement chaque extrémité de fibre en contact avec la sur- face du détecteur qui lui correspond On supprime dans ce cas le dis- positif de transport d'image. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'inven- tion peut être réalisée. La figure 1 représente une vue en coupe du mode de réalisation de l'invention avec un dispositif de transport d'image pour effectuer le couplage des détecteurs aux fibres optiques et un disposi- tif pptique de balayage circulaire du champ. La figure 2 montre le mouvement relatif du détecteur par rapport à la scène selon le mode de réalisation correspondant à la figure 1. La figure 3 représente schématiquement le couplage en- tre le faisceau de fibres optiques et le détecteur. La figure 4 représente une vue en coupe d'un mode de réalisation de l'invention du même genre que celui montré sur la fi- gure 1 mais avec un dispositif optique de balayage de type parallèle. La figure 5 montre le mouvement relatif du détecteur par rapport à la scène selon le mode de réalisation correspondant à la figure 4. Les éléments correspondants sur les figures 1, 3 et 4 sont désignés par les mêmes signes de référence. La figure 1 est relative à un mode-de réalisation de l'invention avec un dispositif optique de balayage circulaire du champ solidaire d'un gyroscope non représenté sur la figure et dont le centre des cardans non représentés 3 est à l'intersection de l'axe 1 du missile et de l'axe 2 du dispositif optique Ce dispositif compor- te une optique convergente dioptrique ou catadioptrique réalisée par exemple sous la forme d'un miroir concave 4 fixe par rapport à l'axe 2 et un dièdre droit 5 dont l'arête est perpendiculaire à l'axe 2, dont les faces sont également inclinées sur cet axe et qui tourne seul autour de cet axe La figure est une vue en coupe par le plan de symétrie perpendiculaire à l'arête de ce dièdre. Une barrette de détecteurs 6 est montée dans un vase Dewar 7 refroidi par un système cryogénique 8 Les fils de sortie des détecteurs sortent en 9 à travers le vase Dewar - Conformément à l'invention, les détecteurs sont dispo- sés à l'extérieur du gyroscope et maintenus fixes par rapport à la structure du missile La barrette de détecteurs est perpendiculaire à l'axe du missile Un dispositif de transport d'image 10 ayant pour axe optique l'axe du missile forme l'image de la barrette de détecteurs sur l'extrémité 12 d'un faisceau de fibres optiques de telle façon qu'à chaque détecteur correspond une seule fibre Les fibres sont rangées de façon à obtenir à l'extrémité 13 du faisceau une disposi- tion convenable Tout se passe comme si la barrette de détecteurs 6 se trouvait positionnée à l'extrémité 13 du faisceau. Les fibres optiques sont collées entre elles aux deux extrémités 12 et 13 sur une longueur de quelques millimètres et sont indépendantes pour le reste du faisceau de façon à obtenir un faisceau très souple 11 dont le couple de rappel est négligeable. L'extrémité 12 est montée solidaire du dispositif de transport d'image 10 et du Dewar 7 tandis que l'extrémité 13 est mon- tée solidaire de l'optique elle-même solidaire du gyroscope. La faible dimension de l'extrémité 13 du faisceau de fibres permet de positionner le dièdre 5 à très faible distance du foyer du dispositif optique de balayage Le dièdre 5 peut donc être très petit Il en résulte comme avantages une occultation centrale du miroir concave 4 beaucoup plus faible que si le détecteur était situé directement au foyer de ce miroir et une réduction notable de la masse du dièdre tournant 5 entraînant une résolution plus simple des problè- mes d'équilibrage Ainsi, la mise en rotation du dièdre peut être ob- tenue soit en liant le dièdre à la toupie du gyroscope soit en l'en- traînant au moyen d'un petit moteur auxiliaire. Le transport d'image au moyen d'un faisceau de fibres souples est réalisable actuellement dans le spectre visible et proche infra-rouge au moyen de fibres optiques classiques en matière plasti- que, ou en verre, ou en silice Dans l'infra-rouge moyen (bande de 3 p à 5 p), on dispose de fibres en trisulfure-d'arsenic et en sul- fure d'arsenic ainsi que de fibres en verres fluorés dont la trans- mission est excellente sur un trajet de quelques centimètres. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1 on utilise un dièdre tournant pour l'analyse circu- laire de la scène On pourrait tout aussi bien utiliser un autre type d'élément optique pour réaliser la même fonction comme par exemple un prisme de Péchan ou un système afocal cylindrique, ces exemples n'étant pas limitatifs. Sur la figure 2 apparaît le mouvement relatif du dé- tecteur par rapport à l'image de la scène supposée fixe Chaque détec- teur de la barrette 6 balaye une bande circulaire telle que la bande Si, lorsque le bout de fibre correspondant de l'extrémité 13 est situé sur l'axe-2. La figure 3 représente schématiquement le couplage en- tre le faisceau de fibres 11 et la barrette de détecteurs 6 dans le cas o ce couplage est réalisé par l'intermédiaire d'un dispositif de transport d'image. L'extrémité 13 du faisceau de fibres située dans le plan focal du dispositif optique de balayage reçoit du flux provenant de la scène dans un certain angle solide wi Ce flux va sortie d'une fibre fi à l'extrémité 12 du faisceau à l'intérieur d'un angle solide i plus grand que wì L'optique 10 doit être capable de collecter tout le flux, donc avoir-une ouverture au moins égale à ti Il faut en outre que l'image ca de l'extrémité de la fibre f soit entièrement i i contenue dans la surface sensible si du détecteur correspondant pour qu'il n'y ait pas de perte de flux. Le grandissement de l'optique 10 peut être quelconque. Il sera adapté aux dimensions desfibres et des détecteurs Pour fixer un ordre de grandeur, onpeut par exemple utiliser des détecteurs de pm x 50 pm et des fibres d'un diamètre de 50 pm avec un grandissement égal à l'unité Un faisceau de 30 fibres associé à une barrette de 30 détecteurs est très souple. Pour la réalisation pratique, la conjugaison des dé- tecteurs avec l'extrémité 12 du faisceau est aisée lorsqu'on dispose d'un outillage approprié. Une variante de couplage entre le détecteur et la fibre consiste à amener la fibre en contact avec la surface du dé- tecteur On élimine dans ce cas le dispositif de transport d'images 10. L'analyse de la scène pourrait tout aussi bien être réalisée au moyen d'un balayage de type parallèle par exemple en rem- plaçant le dièdre tournant par un miroir plan oscillant autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du dispositif optique de balayage comme il est représenté sur la figure 4 dans le plan de symétrie passant par l'axe 15 dudit miroir oscillant 14 D Sur la figure 5 apparaît le mouvement relatif-du dé- tecteur par rapport à l'image de la scène Le champ analysé est alors rectangulaire Tous les détecteurs de la barrette 6 balayent des ban- des parallèles telles que la bande bi. REVENDICATIONS 1 Système optique d'autodirecteur à imagerie compor- tant un dispositif optique de balayage du champ monté sur une mon- ture à cardan solidaire du gyroscope du missile et un système de détection de l'image du dispositif optique constitué par une barret- te de détecteurs, caractérisé en ce que ladite barrette de détecteurs est disposée à l'extérieur du gyroscope, montée perpendiculairement à l'axe du missile, maintenue fixe par rapport à la structure du missi- le et couplée à une extrémité d'un faisceau souple de fibres optiques rangées dont l'autre extrémité est disposée dans le plan focal du dispositif optique de balayage et solidaire dudit dispositif. 2 Système d'autodirecteur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le couplage de ladite barrette de détecteurs à ladite extrémité du faisceau de fibres optiques est effectué par l'intermédiaire d'un dispositif de transport d'image, solidaire de la structure du missile et formant l'image de ladite barrette sur ladite extrémité du faisceau de fibres optique, en faisant correspondre un détecteur à une seule fibre. 3 Système d'autodirecteur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le couplage de ladite barrette de détecteurs à ladite extrémité du faisceau de fibres optiques consiste à amener chaque extrémité de fibre en contact avec la surface du détecteur qui lui correspond. 4 Système d'autodirecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif optique de balayage est constitué par une optique convergente dioptrique ou catadioptrique constituée par exemple par un miroir concave de révolution autour de son axe optique et par un élément optique ayant le même axe que celui du miroir concave, positionné à faible distance du foyer dudit dis- positif et mobile par rapport audit axe de manière à produire un ba- layage du champ. Système d'autodirecteur selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que ledit élément optique est constitué par un diè- dre droit dont l'arête est perpendiculaire audit axe optique et dont les faces sont également inclinées sur ledit axe, ledit dièdre tour- nant autour dudit axe afin de produire un balayage circulaire du champ. 253 1232 6 Système d'autodirecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dièdre droit est remplacé par tout autre élément optique réalisant ladite fonction de balayage circulaire du champ tel que par exemple un prisme de Péchan ou un système afocal cylindrique. 7 Système d'autodirecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit élément optique est constitué par un mi- roir plan oscillant autour d'un axe perpendiculaire audit axe opti- que afin de produire un balayage du champ de type parallèle.