Brevet FR2595151A1 — publié le 19870904

La présente invention concerne un appareil à balayage optique utilisable principalement, mais non exclusivement, dans la région infrarouge du spectre optique. Un tel appareil est utilisé pour produire une représentation d'une scène observée lorsque des moyens plus conventionnels, tels que les caméras de télévision, sont inutilisables en raison des conditions d'éclaire- ment faibles ou nulles. Dans ces circonstances on sait utiliser un détecteur sensible aux rayonnements thermi- ques et un système de balayage pour fournir une image visuelle de la scène. On connait beaucoup de types de ces appareils de balayage, certains utilisant un tambour tournant portant des faces réfléchissantes et utilisés pour balayer un champ de vision dans une direction, avec un miroir oscillant donnant le balayage dans la direction perpendiculaire. De tels types d'appareils ont tendance à avoir des systèmes optiques assez grands et complexes à cause de la nécessité de relayer une image produite par le détecteur sur une surface de balayage vers l'autre surface de balayage. Ces systèmes optiques ajoutent au coût et au poids de l'appareil. D'autres types d'appareils utilisent deux tambours tournants qui, bien que ne nécessitant pas l'optique relais, donnent une séquence de balayage qui n'est pas facilement reproductible en image vidéo. Ceci demande une certaine forme de traitement électronique du signal qui ajoute encore au coût de l'appareil. L'un des buts de la présente invention est de fournir un appareil à balayage optique qui évite les problèmes mentionnés ci-dessus. Suivant l'invention, l'appareil à balayage optique qui comprend un détecteur sensible aux rayonne- ments, et des moyens optiques pour diriger sur le détecteur les rayonnements venant d'un champ de vision observé, est caractérisé en ce que les moyens optiques comprennent un organe support pouvant tourner autour d'un axe et portant une série d'organes réfléchissants également espacés, disposés chacun dans un plan paral- lèle à l'axe de rotation et faisant tous le même angle, différent d'un angle droit, avec le rayon de l'organe support, et un organe réfléchissant pivotant situé à l'intérieur du lieu géométrique de ladite série d'orga- nes réfléchissants et pouvant tourner dans une plage angulaire limitée, autour d'un axe situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation, la disposition étant telle que, en fonctionnement, les rayonnements venant du champ de vision soient réfléchis par l'organe réfléchissant pivotant vers des organes successifs de ladite série d'organes réfléchissants rotatifs et de là vers le détecteur. D'autres particularités et avantages de l'in- vention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est un schéma de l'appareil selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est un diagramme illustrant le mode de balayage; et 35. la figure 3 est un schéma illustrant le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 1. En référence à la figure 1, un support annu- laire 10 est monté rotativement autour d'un axe 11, perpendiculaire au plan de l'anneau, par des moyens d'entraînement (non représentés). Le support 10 porte sur l'une de ses surfaces un certain nombre de miroirs 12, également espacés sur la périphérie du support, chacun étant disposé perpendiculairement à la surface du support 10. De plus, les angles entre un rayon du support et la surface réfléchissante 13 de chaque miroir 12 sont les mêmes et sont différents de 90 . Un miroir 14 est situé à l'intérieur de l'anneau 10 et est monté sur pivot autour d'un axe 15 qui se trouve dans un plan parallèle au plan du support 10. L'axe 15 est dans le plan du miroir 14. Un moteur 16 commande la rotation du miroir 14 dans une plage angulaire limitée autour de l'axe 15. Un détecteur 17 est positionné de sorte que les rayons réfléchis par le miroir pivotant 14 vers un miroir tournant 12 soient focalisés sur le détecteur 17 par une lentille 18. La source de rayonnement est un champ de vision illustré schématiquement en 19 et pourrait être modifiée par un téléobjectif (non repré- senté). Dans la disposition la plus simple, l'axe des rayons réfléchis du miroir pivotant 14, par l'intermé- diaire du miroir 12, sur le détecteur 17, se trouve dans le plan contenant l'axe de rotation 15 du miroir pivotant14 et parallèle au plan de l'anneau 10. Un moteur 16 commande le mouvement du miroir 14, dans une plage angulaire limitée autour de l'axe 15. En fonctionnement, le support 10 tourne à vitesse constante, tandis que le miroir pivotant 14 pivote à une vitesse constante d'une extrémité à l'autre de sa plage de mouvement et revient ensuite rapidement à son point de départ de sorte que le cycle puisse recommencer. Le point de départ peut être changé pour des champs alternés afin de produire une imbrication. L'effet de ce balayage est montré à la figure 2, o le rectangle 20 représente le champ de vision à balayer. La surface 21 étant considérée comme représen- tant à échelle très agrandie la surface du détecteur, le processus de balayage provoque le balayage du champ de vision par le détecteur suivant des bandes 22 incli- nées d'un certain angle par rapport aux axes horizontal et vertical du champ de vision 20. Chaque bande est produite par les miroirs tournants successifs 12, et les vitesses relatives des mouvements des miroirs tournants 12 et du miroir pivotant 14 sont telles que la surface entière du champ de vision soit couverte par les bandes successives. En pratique, il faudrait un très grand nombre de bandes pour balayer la totalité du champ de vision avec un détecteur comprenant un seul élément en donnant une définition raisonnable. Il est donc préférable d'utiliser un détecteur comprenant une batterie linéaire d'éléments détecteurs s'étendant sur une ligne verticale comme indiqué en 23 à la figure 2. Ceci per- met de balayer plus rapidement le champ de vision. Le champ de vision pourrait être balayé en bandes horizontales si le miroir pivotant 14 était entraîné par sauts discrets par un moteur "pas-àpas" 16 plutôt que d'un mouvement continu. La position du centre du miroir 14 a une cer- taine importance. La figure 3 est un schéma montrant le mouvement d'un seul des miroirs tournants 12 entre les deux positions limites entre lesquelles il réflé- chit le rayonnement vers le détecteur 17. En se référant maintenant à la figure 3, le point 30 est le centre de rotation du support 10 et R est le rayon du lieu géométrique 31 des centres des miroirs 12. La ligne 32 est l'axe le long duquel les rayons réfléchis par le miroir 12 se dirigent vers le détecteur, et la distance de cette ligne au centre de rotation 30 suivant l'une des directions de coordon- nées est indiquée par xd. L'un des miroirs 12 est représenté dans trois positions dans sa rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. La référence 12A désigne le miroir dans sa position de début de balayage, 12B désigne le miroir en milieu de balayage, et 12C désigne le miroir en fin de balayage. Les rayons quittant le miroir 12A le long de l'axe 32 doivent être arrivés sur le miroir suivant la direc- tion 33A. De même, les rayons quittant le miroir 12B le long de l'axe 32 doivent être arrivés sur le miroir suivant la direction 33B. Enfin, les rayons quittant le miroir 12C le long de l'axe 32 doivent être arrivés sur le miroir suivant la direction 33C. Si la distance x da été calculée de façon précise, les trois direc- tions 33A, 33B et 33C se coupent en un point 34. Le centre du miroir pivotant 14 est situé en ce point, dont les coordonnées sont, Y comme il est indiqué sur le dessin. Sont également indiqués sur la figure 3, l'angle d'inclinaison % du miroir 12 par rapport à un rayon du cercle 31 et un angle 0 représentant la moitié de l'angle de rotation du miroir 12 au cours de son balayage. Le champ de vision horizontal est large de 40 . Le champ de vision vertical est déterminé par l'angle de rotation du miroir pivotant 14 au cours de son balayage. A titre de simple exemple, le champ de vision horizontal peut être de l'ordre de 60 et le champ de vision vertical de 40 . Il y a une relation entre l'angle, le rayon R du cercle 31 et les trois dimensionsxc Y Yc ' et y. Par exemple, en supposant que le rayon R ait d une valeur de une unité et que l'angle soit de 53 , on peut déterminer que XC = 0,568,y = 0,175 et Xd = 0,951. La figure 3 illustrait le cas idéal dans lequel les trois directions 33A, 33B et 33C se coupaient au point 34. En pratique le cas idéal peut être diffi- cile à réaliser en raison de la taille physique des différents composants, particulièrement le moteur 16 et le miroir 14 qui doivent être situés à l'intérieur du support annulaire 10. Il peut donc être nécessaire d'accepter une situation non idéale afin de loger physiquement les composants nécessaires sans avoir à augmenter le rayon R. Une telle disposition ne définit pas un seul point d'intersection des directions des rayons incidents sur le miroir 12, et une situation connue sous le nom "d'aberration de pupille" en résul- tera. Cependant, elle peut être acceptée tant qu'elle n'affecte pas sérieusement la définition du balayage ni sa structure. L'appareil à balayage décrit peut être utilisé avec n'importe quel rayonnement optique, mais il est principalement destiné à être utilisé aux fréquences infrarouges pour donner des images "thermiques". Dans un tel cas, le détecteur 17 comprendra un ensemble de maintien du ou des éléments détecteurs à une tempéra- ture suffisamment basse pour assurer un fonctionnement correct. Les surfaces réfléchissantes portées par le support peuvent en fait être d'un seul tenant avec le support et travaillées pour avoir un fini à haut pouvoir réfléchissant. 2 5 9 5 1 5 1 REVENDICATIONS 1. Appareil à balayage optique qui comprend un détecteur (17) sensible aux rayonnements, et des moyens optiques pour diriger sur le détecteur les rayonnements venant d'un champ de vision observé (19), caractérisé en ce que les moyens optiques comprennent un organe support (10) pouvant tourner autour d'un axe (11) et portant une série d'organes réfléchissants (12) également espacés, disposés chacun dans un plan parallèle à l'axe de rotation (11) et faisant tous le même angle, différent d'un angle droit, avec le rayon de l'organe support (10), et un organe réfléchissant pivotant (14) situé à l'intérieur du lieu géométrique (31) de ladite série d'organes réfléchissants (12) et pouvant tourner dans une plage angulaire limitée, autour d'un axe (15) situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (11), la disposition étant telle que, en fonctionnement, les rayonnements venant du champ de vision soient réfléchis par l'organe réflé- chissant pivotant vers des organes successifs de ladite série d'organes réfléchissants rotatifs et de là vers le détecteur. 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les organes réfléchissants (12) de ladite série sont réalisés d'un seul tenant avec l'organe support (10). 3. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe réflé- chissant pivotant est animé d'un mouvement à vitesse constante de l'une à l'autre des limites de son mouve- ment. 4. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le plan conte- nant l'axe (15) de l'organe réfléchissant pivotant (14) passe par le centre de chaque organe réfléchissant rotatif (12). 5. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le détecteur comprend une batterie linéaire d'éléments détecteurs. 6. Appareil selon l'une quelconque des précé- dentes revendications, caractérisé en ce que le détec- teur est sensible aux rayonnements aux fréquences infrarouges.