Brevet FR2577326A1 — publié le 19860814

La présente invention est relative à un dispositif optique, utilisant deux champs angulaires d'ouvertures différentes en vue de permettre l'acquisition puis la pgur- suite par écartométrie d'un point lumineux mobile, notamment dans un système de guidage ou de pointage. On connaît déjà des systèmes du genre ci-dessus, qui utilisent un dispositif optique à deux champs angulaires pour réaliser l'écartométrie d'un point lumineux, en mesurant la position angulaire de ce point par rapport à l'axe optique du système ou à une référence déterminée liée à celui-ci. De tels systèmes réalisent d'abord une surveillance panoramique de l'horizon pour permettre la détection d'un objet ou d'une cible et l'acquisition de celui-ci par un dispositif de poursuite. Cette première fonction exige un champ angulaire important pour couvrir et balayer rapidement une zone donnée et étendue de l'horizon. Dans un second temps, le dispositif met en jeu un champ angulaire plus réduit, orienté sur la cible préalablement acquise, afin d'améliorer la vision de celle-ci et permettre une résolution plus grande dans la phase d'approche finale où est progressivement diminué l'écart entre le point lumineux et l'axe optique de référence. ainsi le grand champ permet/avec une résolution limitée de procéder à une observation panoramique étendue pour faciliter la recherche du point lumineux représentant la cible, en autorisant une localisation rapide de celui-ci par rapport à l'organe de poursuite. le petit champ permet ensuite, en phase finale de la poursuite par écartométrie, grâce à une résolution spatiale améliorée à l'approche de la cible, de réduire les risques de perdre de l'objectif, même en cas d'émission par celui-ci de leurres à distance immédiate de la cible. Diverses réalisations de tels systèmes à deux champs optiques existent dans la technique. En particulier, on connaît des dispositifs qui associent aux moyens optiques fournissant les deux champs, un mécanisme d'occultation séquentiel de l'une ou de l'autre voie correspondente, permettant de passer successivement du grand champ au petit champ pour l'acquisition d'abord et la poursuite finale ensuite. Cependant, un semblable dispositif exige généralement l'utilisation de deux systèmes optiques distincts, avec commutation de l'un à l'autre par un mouvement qui ne peut éliminer l'exis- tence d'un temps mort, préjudiciable à l'efficacité des mesures, avec le risque d'une perte de l'objectif pendant cette commutation. D'autres systèmes font appel à un dispositif optique unique où les champs occulaires correspondent à deux focales différentes, la commutation de l'un à l'autre s'effectuant comme précédemment par un dispositif mécanique de basculement ou par une action progressive au moyen d'un système du genre "zoom" optique.Dans cette variante cependant, qui a l'avantage de limiter les composants optiques, subsistent néanmoins une partie des inconvénients précédemment relevés, dûs à la commutation nécessaire d'un champ à l'autre, exigeant un certain délai et un risque de perte de l'objectif acquis avant poursuite finale. Enfin, d'autres appareils, pour éviter une commutation de l'une vers l'autre voie, utilisent, associés à chacune de celles-ci, un organe de détection propre qui traite l'image fournie dans chacun des champs. Dans ce dernier cas, c'est le prix de l'appareil qui présente un inconvénient majeur, sans éviter par ailleurs un risque de discontinuité entre les deux phases de traitement des signaux recueillis sur l'une et l'autre voies. La présente invention concerne un dispositif optique à deux champs pour mesure d'écartométrie, qui pallie les inconvénients des différents systèmes antérieurs répondant aux mêmes buts, notamment en évitant tout mécanisme de commutation d'une voie sur l'autre grâce à l'emploi d'un détecteur unique pour le traitement des signaux fournis par l'observation conjointe et simultanée des images des deux champs. L'invention a pour but également de fournir un dispositif qui soit simple, d'un prix de revient plus réduit et d'une durée de vie notablement accrue. A cet effet, le dispositif considéré, pour la mesure de la position angulaire d'un point lumineux par deux voies optiques de distances focales différentes, se caractérise en Qe qu'il comporte un moyen optique qui superpose l'image des deux champs sur un organe de détection commun où les deux voies ont leurs axes optiques pratiquement confondus. Grâce à ces dispositions, en utilisant un organe de détection unique recevant par superposition les images des deux champs, il devient possible par un traitement simple des signaux détectés de déterminer si l'image d'un point reçu sur le déteeteur-appartient à l'un ou à l'autre champ En effet, un point présent dans le petit champ possède nécessairement son correspondant dans le grand champ. De ce fait se forment deux images sur le détecteur qui sont vis-à-vis de l'axe optique commun de référence, dans le rapport des focales de ces champs. En revanche, un point présent dans le grand champ et absent dans le petit champ ne produit qu'une seule image sur le détecteur, ce qui évite toute confusion entre les deux champs.De même, la présence de deux points sur le détecteur appartenant à des objets différents est immédiatement détectée, puisque les images reçues ne sont pas, dans ce cas, dans le rapport des focales des deux champs, l'organe de détection faisant dès lors automatiquement la discrimination nécessaire. le dispositif selon l'invention peut être adapté à de nombreux domaines d'application, mettant en oeuvre les principes généraux de l'écartométrie tels que rappelés précédemment. Notamment, il peut être appliqué au guidage de véhicules par rapport à une référence constituée par une balise, fixe ou mobile ou à la conduite de tir de projectiles sur une cible mouvante,constituant l'objectif acquis et poursuivi, la position instantanée du projectile étant prise comme référence, ltécartométrie s'effectuant toujours sur la distance relative de la cible au projectile . D'autres applications peuvent également être prévues pour le guidage de navires à l'entrée dans un port, l'atterissage d'aéronefs etc...De même, les dispositions de l'invention peuvent être avantageusement adoptées pour contrôler la déformation mécanique permanente ou momentanée de pièces en mouvement ou sous contrainte, le point lumineux étant dans ce cas une source d'énergie placée sur la pièce en observation, la référence étant extérieure et fixe ou bien constituée par la position initiale de la source lumineuse. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le moyen optique pour superposer l'image des deux champs est constitué par une lame semi transparente réfléchissant l'image provenant d'une des voies optiques et traversée par 1' image provenant de l'autre voie. En variante, le moyen optique peut être un séparateur à prismes collés ou un prisme de "lummer". Selon une caractéristique particulière de l'invention, le dispositif comporte un écran occultant la partie centrale du champ de la voie optique à distance focale la plus courte de telle sorte que le centre de l'organe de détection ne reçoive que 1 image du champ de la voie optique à distance focale la plus longue. De cette façon, on améliore les conditions de poursuite finale de la cible dans le petit champ, c'est-à-dire dans celui qui correspond à la voie optique à distance focale la plus longue, en éliminant dans la partie de centrale/l'organe de détection l'image de celle-ci provenant de la voie optique à grand champ où la distance focale est la plus courte, et en ne laissant subsister que celle de la voie optique à petit champ, supprimant ainsi un risque de confusion entre les deux images en raison de leur proximité. Il en résulte une meilleure discrimination et une plus grande précision de l'écartométrie. L'écran occultant la partie centrale du champ de la voie optique à distance focale la plus courte est constitué par une feuille métallique découpée ou par une lame de verre supportant un dépôt absorbant ou réfléchissant, disposé selon un profil de géométrie déterminé. l'organe de détection est de préférence constitué par une surface sensible, fournissant un signal électrique fonction des coordonnées de l'image du point lumineux par rapport à un système de référence associé à ladite surface. Selon le cas, l'organe de détection est constitué par une mosaSque matricielle de détecteurs élémentaires, du genre dispositif à transfert de charges, ou par des barrettes linéaires de détecteurs associées à un dispositif de balayage, ou bien encore par la surface d'un tube électronique du genre tube "Vidicon". Avantageusement, l'image de l'écran sur l'organe de détection est déterminée de telle sorte que son rapport à la surface sensible du détecteur soit égale au rapport des distances focales des deux voies optiques. De ce fait, l'occultation de la partie centrale du grand champ correspond rigoureusement à la délimitation du petit champ, les deux champs se succédant l'un à l'autre sur la surface sensible de détection sans discontinuité. Dans d'autres variantes, le dispositif comporte un moyen optique complémentaire monté dans l'une au moins des voies optiques et apte à fournir une aberration géométrique de l'image du point lumineux, en vue de différencier la réponse de l'une et l'autre voies. Selon le cas, le moyen optique complémentaire est constitué par un cristal biréfrinou gent dédoublant l'image du point lumineux/ par une lentille cylindrique transformant l'image du point en un segment de droite. En variante le moyen optique complémentaire peut être constitué par un composant optique de la voie optique considérée introduisant une aberration géométrique telle qu'une défocalisation de l'image, un astigmatisme de celle-ci, ou la présence d'un coma. D'autres caractéristiques d'un dispositif selon l'invention optique à deux champs simultanés/apparaîtront encore à travers la description qui suit de deux exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif,en référence aux dessins annexés sur squels La figure 1 est un schéma de principe du dispositif selon l'invention illustrant la réalisation des deux voies optiques et leur superposition sur un organe de détection commun. La figure 2 est une vue de face à plus grande échel le du dispositif de détection recevant les images d'un point lumineux fourni par les deux voies optiques. La figure 3 est une vue schématique d'un second mode de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue de face du dispositif de détection utilisé dans ce second mode de réalisation. Sur l'exemple de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif optique considéré comporte deux voies optiques, schématiquement désignées sous les références A, et B respectivement. Dans la première voie optique A qui correspond à une ouverture angulaire faible et par suite à une distance focale plus grande, un faisceau lumineux incident 1 rencontre un composant optique du genre d'une lentille 2 pour venir se réfléchir sur un miroir plan 9, le faisceau ainsi renvoyé 4 rencontrant à son tour une lame semi-transparente 5, renvoyant le faisceau lumineux en direction d'une surface sensible 6 constituant organe de détection du dispositif.Dans la seconde voie 13 qui présente un champ angulaire plus important et par suite une distance focale plus courte, le faisceau lumineux incident 7 rencontre une lentille 8 et après traversée de cette dernière passe directement à travers la lame semi-transparente 5 pour venir se superposer sur la surface de l'organe de détection 6 à l'image fournie par la première voie optique. les images respectivement 9 et 10 (figure 2) d'un même point lumineux observé par le dispositif, recueillies sur la surface sensible 6 de l'organe de détection correspondent au môme objet dans la mesure où, pàr rapport à une référence qui dans l'exemple représenté peut être le centre 11 de la surface 6 à l'intersection de deux axes de coordonnées X et Y, leurs distances respectives par rapport à ladite référence sont dans le rapport des distances focales des deux voies optiques. Dans ces eonditions, un point présent dans le petit champ, c'est-à-dire sur la voie optique A qui possède son homologue dans le grand champ c'est-à-dire sur la voie optique B, forme deux images. En revanche, un point présent dans le grand champ et absent du petiot champ ne conduit qu'à une seule image sur le dispositif de détection ce qui à nouveau, évite toute confusion entre les deux voies optiques. Conformément à l'invention, l'acquisition d'un point lumineux représentant une cible ou analogue à suivre par écartométrie, s'effectue par détection de l'image de ce point dans le grand champ. Après acquisition et initiation de la phase de poursuite avec entrée en jeu du petit champ, l'écartométrie se poursuit avec une résolution spatiale augmentée grâce précisément à l'utilisation du petit champ, l'image du grand champ étant automatiquement éliminée. Une amélioration du dispositif permettant de faciliter la poursuite finale dans le petit champ peut se révéler nécessaire, notamment lorsque dans la phase finale de la poursuite, les points images dans le grand et dans le petit champ se trouvent regroupés au voisinage du centre de l'organe de détection, cette proximité pouvant rendre leur écartométrie difficile par manque de précision. A eet effet et dans la variante illustrée sur les figures 3 et 4, on constitue la voie optique relative au petit champ d'une manière identique de telle sorte que le faisceau incident 21 repris par une lentille 22 soit directement acheminé après traversée d'une lame semi-transparente vers la surface sensible de l'organe de déteetion 24. En revanche dans cette seconde variante, la voie optique correspondant au grand champ, toujours représenté sous la référence B est organisée de manière différente. le faisceau incident 25, repris par une lentille 26 puis par un ensemble de deux autres lentilles 27 et 28, est renvoyé par un miroir 29 sur la lame semi-transparente 23 et à partir de celle-ci sur l'organe sensible 24. Toutefois dans cette variante, la partie centrale du grand champ est occultée par un écran 30 dont le pourtour correspond à celui du champ souhaité et dont la partie centrale comporte une zone opaque 31, réalisée soit par interposition d'une feuille métallique sur le trajet lumineux correspondant, soit en déposant sur l'écran formé d'une lame de verre transparente, un dépôt opaque empêchant le passage de la lumière. Grâce à ces dispositions, l'énergie provenant de la voie B forme une image intermédiaire au moyen de la lentille 26 sur la partie centrale de l'écran. 30, cette partie centrale étant par conséquent éliminée de la surface sensible de 1' organe de détection 24, après transport par les lentilles de renvoi 27 et 28. l'image produite sur l'organe de détection 24 est dès lors constituéedans la zone centrale,de l'image produite par 1 'énergie du centre du petit champ uniquement, et sur son pourtour,de la superposition du reste du petit champ et de l'image du grand champ ainsi occulté. La phase finale de poursuite par écartométrie est,dans ces conditions, largement facilitée par la présence d'un seul point brillant dans la zone centrale de l'organe de détection. la surface de la partie occultée au centre de cet organe de détection peut être adaptée au traitement du signal et à la facilité de poursuite finale recherchée. Avantageusement,la surface de la sone occultée 32 est choisie par rapport à la surface totale 33 de l'organe 24 dans un rapport qui correspond à celui des distances focales de voies optiques A et B, ceci permettant le passage d'une des voiesà l'autre sans aucune discontinuité. Dans d'autres versions qui découlent directement de celles illustrées précédemment, il est possible de disposer sur l'une des voies, par exemple la voie B correspondant au grand champ,un dispositif additionnel permettant de distinguer celui-ci par rapport au petit champ de la voie A. Un tel dispositif peut être par exemple constitué par une lame de cristal biréfringente,dédoublant l'image du point lumineux fourni par la voie B ou par une lentille eylindrique transformant l'image de ce point en un petit segment de droite. Egalement,la différenciation des images fournies par l'une et l'autre voies superposées, peut être obtenue en jouant sur la nature des composants optiques de ces voies, par exemple en réalisant l'une des lentilles de telle sorte qu'elle présente une aberration géométrique déterminée en particulier une défocalisation de l'image, un astigmatisme ou un coma sur cette dernière. Quelle que soit la variante de réalisation représentée, l'organe de détection 6 ou 24 peut être réalisé d'une manière en elle-même connue, adaptée à la détermination par un traitement de signal approprié des coordonnées du ou des points lumineux reçus sur cet organe de détection. Notamment,celui-ci peut être constitué au moyen d'une mosalque matricielle où chacun des points est constitué par un dispositif à transfert de charges fournissant une impulsion électrique lorsqu'il est éclairé par le point lumineux provenant de l'une et/ou de l'autre voie. En variante, le dispositif de détection peut être constitué par la surface sensible dtun tube du genre tube "Vidicon" ou analogue. Enfin on peut également envisager de réaliser l'organe de détection par un dispositif classique à balayage. Il va dette de soi que l'invention ne se limite nullement aux seuls exemples plus spécialement décrits et représentés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif optique à deux champs simultanés, pour l'acquisition puis la poursuite par écartométrie d'un point lumineux mobile, au moyen de deux voies optiques (A - B) de distances focales différentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen optique (3-5, 23-29) qui superpose l'image des deux champs sur un organe de détection commun (6-24), où les deuxvoies ont leurs axes optiques pratiquement confondus. 2. Dispositif optique selon la revendication. 1, caractérisé en ce que le moyen optique pour superposer l'image des deux champs est constitué par une lame semi-transparente (23), réfléchissant limage provenant d'une des voies optiques et traversée par l'image provenant de l'autre voie. 3. Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen optique est eonstitué par un séparateur à prismes collés. 4. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un écran (30), occultant la partie centrale du champ de la voie optique à distance focale la plus courte de telle sorte que le centre de l'organe de détection ne reçoive que l'image du champ de la voie optique à distance focale la plus longue. 5. Dispositif optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'écran (30), occultant la partie centrale du champ de la voie optique à distance focale la plus courte est constitué par une feuille métallique découpée ou par une lame de verre supportant un dépôt absorbant ou réfléchissant, disposé selon un profil de géométrie déterminé. 6. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5 caractérisé en ce que l'organe de détection (624), est constitué par une surface sensible, fournissant un signal électrique fonction des coordonnée de l'image du point lumineux par rapport à un système.de référence associé à ladite surface. 7. Dispositif optique selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'organe de détection (6-24), est constitué par une mosaïque matricielle de détecteurs élémentaires, du genre dispositif à transfert de charges, ou par des barrettes linéaires de balayage, ou par la surface d'un tube électronique du genre tube "Vidicon". 8. Dispositif optique selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'image de l'écran sur l'organe de détection (6-24), est déterminé de telle sorte que son rapport à la surface sensible du détecteur soit égale au rapport des distances focales des deux voies optiques (A-B). 9. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le dispositif comporte un moyen optique complémentaire monté dans l'une au moins des voies optiques et apte à fournir une aberration géométrique de l'image du point lumineux, en vue de différen cier la réponse de l'une et l'autre voies 10. Dispositif optique selon la revendication 9 caractérisé en ce que le moyen optique complémentaire est eonstitué par un cristal biréfringent dédoublant l'image du point lumineux ou par une lentille cylindrique transformant l'image du point en un segment de droite. 11. Dispositif optique selon la revendication 9 caractérisé en ce que le moyen optique complémentaire est constitue par un composant optique de la voie optique considérée, introduisant une aberration géométrique telle qu'une défocalisation de l'image avec mise au point différente entre les deux champs, un astigmatisme de celle-ci, ou la présence d'un coma.