Brevet FR2576115A1 — publié le 19860718

ANALYSEUR OPTICO-MECANIQUE AYANT UN CHAMP DE TELEMETRIE FIXE. L'invention concerne un analyseur optico-mécani- que ayant des fonctions d'imagerie et de télémétrie associées, le champ d'imagerie étant obtenu par des moyens de balayage ligne et de balayage trame et le champ de réception de télémé- trie étant fixe pendant le temps de propagation d'un écho de télémétrie dont la source émettrice dans la bande de sensibi- lité spectrale d'imagerie est un laser, les faisceaux issus desdits champs convergeant respectivement sur une mosaïque de détecteurs d'imagerie et sur un détecteur de télémétrie placés dans un même vase Dewar. On connaît des systèmes d'imagerie thermique dans lesquels la scène est analysée point par point au moyen d'un analyseur optico-mécanique. Ces caméras thermiques sont en général équipées d'optiques infra-rouge de grand diamètre. Lorsque la caméra thermique est associée à un télémètre laser, les optiques d'émission et de réception du télémètre ont aussi de grands diamètres. Afin de réduire les dimensions et le prix de l'ensemble, il est avantageux d'utiliser la même optique pour l'imagerie thermique et la réception laser. L'émission laser est extérieure à la caméra thermique; elle utilise une opti- que dont l'axe est parallèle à l'axe de réception laser. Il est aussi avantageux, comme il est mentionné dans le préambule, de placer dans le même vase Dewar les dé- tecteurs d'imagerie et de télémétrie de façon à n'avoir à re- froidir qu'un seul vase. On peut imaginer d'avoir un trajet commun pour l'imagerie et la réception de télémétrie depuis l'optique d'entrée jusqu'au détecteur. Ceci est possible pour les analy- seurs qui n'ont qu'une direction de balayage. C'est le cas des analyseurs à "balayage parallèle" qui ont autant de détecteurs - 2 - que de lignes balayées parce que le balayage est lent. Dans le cas des analyseurs à "balayage série ou série-parallèle" qui ont deux directions de balayage comme en télévision classique, on a un balayage ligne très rapide et un balayage trame plus lent. La direction du champ analysé varie très rapidement dans le sens ligne au point que pendant le temps de propagation aller et retour de l'impulsion laser, la direction du champ de réception laser a tourné d'un angle égal à plusieurs fois le champ du laser. Pour éviter ce défaut il existe différentes méthodes. On peut par exemple contourner le balayage ligne au moyen de lames dichroiques qui réfléchissent le rayonnement laser et transmettent le reste du spectre. On peut aussi, contourner le balayage ligne s6- quentiellement au moyen d'éléments optiques commutables. Ces méthodes présentent les inconvénients d'avoir des pièces absorbantes comme les lames dichroïques ou des éléments commutables toujours difficiles à mettre en oeu- vre lorsqu'il s'agit de conserver une harmonisation precise.- Le but de l'invention est de pallier ces incon- vénients au moyen d'une autre méthode qui d6finit pour le tra- jet de télémétrie une direction fixe de l'espace indépendante de l'analyse ligne. Conformément à l'invention,-lesdits faisceaux d'imagerie et de télémétrie traversent une optique d'entrée commune et un ensemble d'éléments optiques fixes agencés de façon à les séparer suivant deux trajets optiques distincts tels que le faisceau de télémétrie contourne ledit moyen de balayage ligne, ce qui lui assure une direction fixe de l'es- pace indépendante de l'analyse ligne, lesdites fonctions d'imagerie et de télémétrie étant simultanées, ne nécessitant pas de commutation d'éléments optiques et l'émission laser étant déclenchée pour une position particulière desdits moyens de balayage trame. Cette disposition est particulièrement adaptée au système modulaire de thermographie SMT déjà breveté -.3- (demande de brevet français n 75 03 923 et quatrième certifi- cat d'addition n' 78 31 352 rattaché à cette demande). Toute- fois le même principe peut être appliqué à d'autres systèmes d'analyse. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est le schéma de principe d'un mode de réalisation de l'analyseur optico-m6canique selon l'inven- tion. La figure 2 représente la forme du diaphragme froid des détecteurs. La figure 3 représente le même schéma de princi- pe de l'analyseur optico-m9canique selon l'invention et rem- plissant les conditions pour lesquelles tout le faisceau de télémétrie passe à l'intérieur du diaphragme froid dimen- sionné pour le faisceau d'imagerie. La figure 4 montre l'emplacement du faisceau de télémétrie à l'intérieur du diaphragme froid dans le cas de la figure 3. Le système d'analyse optico-m6canique repr6sen- té sur la figure 1 consiste selon l'invention à avoir deux trajets optiques différents pour les voies d'imagerie et de télémétrie sans commutation d'éléments optiques ni réduction sensible des performances de chacune des voies. La voie d'imagerie traverse l'analyseur trame et l'analyseur ligne tandis que la voie de télémétrie traverse seulement l'analyseur trame. La fonction imagerie comprend les éléments opti- ques suivants: - la pupille de sortie P de l'objectif L commun aux deux voies, - le miroir trame MI1 mobile autour de l'axe 0 perpendiculaire au plan de la figure, - le champ vertical de l'objectif a1, bt, c1 lieu de conver- gence des faisceaux issus de la pupille de sortie, 2576'115 - 4 - - le miroir de renvoi M2, - le miroir de champ sphérique M3, orientable en synchronisme avec M1 autour d'un axe O' perpendiculaire au plan de la figure. - le polygone d'analyse ligne M4 tournant autour de l'axe XX' situé dans le plan de la figure, - le transport d'image M5 + M6 constitué par des miroirs sphériques. Le miroir M5 est un miroir sphérique concave dans lequel on a pratique une ouverture destinée à recevoir un autre élément optique utilisé pour la fonction télémétrie, le miroir M6 est un miroir sphérique convexe concentrique à M5. Le mouvement du miroir trame M1l peut être négli- gé vis à vis de l'étendue du champ de télémétrie pendant le temps de propagation de l'écho laser qui est au plus égal à ls pour une distance de cible inférieure à 9 km. Le miroir trame M1 est représenté en trait plein dans la position o le point de convergence bI du fais- ceau d'imagerie issu de P est situé à la limite inférieure du champ vertical. Le faisceau réfléchi sur le miroir trame M1 est renvoyé par N2 sur le miroir de champ M3 qui le projette sur une face M4 du polygone d'analyse ligne. Le faisceau issu de M4 est transmis successivement sur la partie supérieure de M5 puis sur M6 et enfin sur la partie inférieure de M5 o il se réfléchit en un faisceau qui converge sur le détecteur d'ima- gerie constitué par une mosaïque de détecteurs. -b2 est l'image de b1 donnée par M1 -b3 est l'image de b2 donnée par M2, b4 est l'image de b3 donnée par M3, -b5, l'image de b4 obtenue après passage du faisceau sur l'analyseur ligne M4 et transport par M5 et M6 est aussi le point d'emplacement du détecteur d'imagerie. La fonction de télémétrie comprend les éléments optiques suivants: - la pupille de sortie P de l'objectif, - le miroir trame M1, - le miroir plan de renvoi M7, -5-- - le miroir elliptique M8 inséré dans l'ouverture pratiquée dans le miroir sphérique M5, a1 est le point de convergence dans le champ vertical du faisceau de télémétrie issu de P. Ce faisceau ré- fléchi sur le miroir trame NM1 est renvoyé par M7 sur le miroir elliptique M8. Le faisceau réfléchi par M8 converge sur le dé- tecteur de télémétrie. a2 est l'image de a1 donnée par M1, a3 est l'image de a2 donnée par M7, a4, l'image de a3 obtenue après transport par M8, est aussi l'emplacement du détecteur de télémétrie. a3 et a4 sont de plus les foyers du miroir elliptique M8. On remarque sur la figure 1 que pour la position du miroir trame M1 qui est représentée, les points du champ d'imagerie b1 et de télémétrie a1 sont différents. Cela signi- fie qu'à l'instant o le champ de télémétrie a1 est au centre du champ de la caméra, c'est le point b1 du champ qui est ana- lysé par la voie d'imagerie. Il faut noter que le champ de té- lém5trie n'est pas nécessairement situé au centre du champ. Il est possible de le placer n'importe o entre b1 et c1 (c1 étant la limite supérieure du champ d'imagerie pour la posi- tion du miroir M1 indiquée en pointillés sur la figure). Il suffit de déclencher le tir laser lorsque M1 passe dans la po- sition correspondante. La source émettrice de l'écho de télémétrie est par exemple un laser à CO02 émettant à 10,6 Dm pour les caméras fonctionnant dans la bande 8-121Um. Les détecteurs d'imagerie et de télémétrie sont placés dans le même vase Dewar de façon à n'avoir qu'un seul système cryogénique. Les faisceaux d'imagerie et de télémétrie con- vergeant respectivement en b5 et a4 sont superposés et le dia- phragme froid D limite le champ de vue des détecteurs au champ de vue utile. 6 1 1 5 Z576115- - 6 - La forme de ce diaphragme représentée sur la fi- gure 2 montre deux découpes l'une inférieure pour le faisceau d'imagerie I et l'autre supérieure pour le faisceau de tél5mé- trie T. Il est possible de s'arranger pour que tout le faisceau de télémétrie passe dans le diaphragme froid dont les dimensions sont déterminées par la voie d'imagerie et ne modi- fie pas ainsi la d9tectivitg du détecteur d'imagerie. Pour ce- la deux conditions sont à remplir: 1' Le transport d'image d'imagerie doit avoir un grandissement différent de celui du transport d'image de télé- métrie de telle façon que pour le même diamètre de pupille d'entrée en imagerie et en télémétrie, l'ouverture du faisceau qui converge sur le détecteur de télémétrie est plus petite que l'ouverture du faisceau qui converge sur le détecteur d'imagerie. 2' Les positions respectives des détecteurs d'ima- gerie et de télémétrie doivent être convenablement choisies dans le vase Dewar pour que le faisceau de télémétrie passe à l'intérieur du diaphragme froid dont les dimensions sont déterminées par la voie d'imagerie. Dans ces conditions, l'adjonction de la voie de télémétrie ne modifie pas les performances de la voie d'image- rie. La figure 3 représente le schéma d'un dispositif identique à celui de la figure 1 et répondant à ces condi- tions. La figure 4 montre l'emplacement du faisceau de télémétrie T à l'intérieur du diaphragme froid D dimensionné pour laisser passer le faisceau d'imagerie I. - 7 - REVENDICATIONS: 1. Analyseur optico-m9canique ayant des fonctions d'imagerie et de télémétrie associées, le champ d'imagerie étant obtenu par des moyens de balayage ligne et de balayage trame et le champ de réception de télémétrie étant fixe pen- dant le temps de propagation d'un écho de télémétrie dont la source émettrice dans la bande de sensibilité spectrale d'ima- gerie est un laser, les faisceaux issus desdits champs conver- geant respectivement sur une mosaïque de détecteurs d'imagerie et sur un détecteur de télémétrie placés dans un même vase Dewar, caractérisé en ce que lesdits faisceaux d'imagerie et de télémétrie traversent une optique d'entrée commune et un ensemble d'éléments optiques fixes agencés de façon à les sé- parer suivant deux trajets optiques distincts tels que le faisceau de télémétrie contourne ledit moyen de balayage li- gne, ce qui lui assure une direction fixe de l'espace indépen- dante de l'analyse ligne, lesdites fonctions d'imagerie et de télémétrie étant simultanées, ne nécessitant pas de commuta- tion d'éléments optiques et l'émission laser étant déclenchée pour une position particulière desdits moyens de balayage tra- me. 2. Analyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble d'éléments optiques comporte en al- lant de la scène vers les détecteurs: - pour le faisceau d'imagerie: un miroir plan dit de trame constituant ledit moyen de bala- yage trame, mobile autour d'un axe perpendiculaire au plan de symétrie dudit ensemble optique et qui projette le faisceau d'imagerie issu de la pupille de sortie de l'objectif sur un miroir plan de renvoi dudit faisceau sur un miroir sphérique dit de champ, le faisceau issu dudit miroir de champ étant ré- fléchi sur une face d'un polygone mobile autour d'un axe situé dans le plan de symétrie dudit ensemble opique et constituant ledit moyen de balayage ligne, le faisceau issu dudit polygone d'analyse ligne étant repris par un transport d'image -8- constitué par deux miroirs sphériques concentriques l'un con- vexe et l'autre concave et qui assurent la convergence dudit faisceau sur la mosaïque de détecteurs d'imagerie. - pour le faisceau de télémétrie: ledit miroir trame qui projette le faisceau de télémétrie issu de la pupille de sortie de l'objectif sur un autre miroir plan de-renvoi dudit faisceau sur un autre transport d'image constitué par un miroir elliptique inséré dans une ouverture pratiquée dans ledit miroir sphérique concave du transport d'image d'imagerie et qui assure la convergence dudit faisceau de télémétrie sur le détecteur de télémétrie. 3- Analyseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les positions respectives desdits détecteurs d'ima- gerie et de télémétrie étant convenablement choisies dans le vase Dewar, ledit transport d'image d'imagerie ayant un gran- dissement différent de celui dudit transport d'image de télé- métrie de telle façon que pour le même diamètre de pupille d'entrée en imagerie et en télémétrie, l'ouverture du faisceau qui converge sur le détecteur de télémétrie est plus petite que l'ouverture du faisceau qui converge sur le détecteur d'imagerie, tout le faisceau de télémétrie passe dans le dia- phragme froid dimensionné pour le faisceau d'imagerie et les performances de la voie d'imagerie ne sont pas ainsi modifiées par l'adjonction de la voie de télémétrie.