Brevet FR2595150A1 — publié le 19870904

DéTECTEUR DE NETTETE D'IMAGE POUR UN SYSTEE OPTIQUE. L'invention se rapporte à un détecteur de netteté d'image pour un système optique, comprenant, pour la détermination d'un signal proportionnel à l'intégrale de surface du carré de la distribution d'intensité lumineuse, une pluralité d'éléments détecteurs disposés dans le plan-image du système optique ou dans un plan conjugué au plan-image. Des détecteurs de netteté d'image sont, à titre d'exemple, utilisés dans des systèmes optiques adaptatifs pour l'optimisation automatique des propriétés des illustrations. Un exemple simple de système optique adaptatif est le réglage automatique de netteté (mise eu point) d'objectifs pour appareils photographiques. Des systèmes complexes, dans lesquels non seulement la mise au point, mais aussi d'autres propriétés des reproductions sont optimisées automatiquement, ont été connus, par exemple, pour des télescopes astronomiques ou des systèmes à laser. A ce sujet, on se reporte à la description de l'article de J.W. Hardy dans Froc. IEEE, vol. 66, NO 6, juin 1978. Comme mesure pour la netteté d'une image, on recourt à ce que l'on appelle des "fonctions de netteté dtimagew ; pour la théorie générale des fonctions de netteté d'image, on se réfère à l'article de R.A. Muller et A. Buffington dansJ. Opt. Soc. Amec., vol. 64, 1200-1210, 1974. Une fonction de netteté d'image S de ce genre est, par exemple, l'intégrale de surface du carré de la distribution d'intensité lumineuse I (x, y) dans le plan-image F La fonction S est maximale, comme le montre l'article susmen tionné de Huller et Buffington, uniquement pour un réglage optimal de la netteté et peut servir ainsi de fonction de nette té d'image. De cette faon, la valeur momentanée de S peut servir de signal de réglage, par exemple pour la mise au point automatique d'un système optique adaptatif, couve l'objectif d'un appareil photographique ou d'un télémètre. Pour déterminer la fonction S de netteté d'image, un détecteur de netteté d'image a éte proposé, qui est disposé dans le plan-image ou dans un plan conjugué à celui-ci, et qui mesure la répartition d'intensité I (x, y) dans le plan-image au moyen de détecteurs se dissolvant localement, réseau CCD par exemple. En partant du signal de sortie des détecteurs se dissolvant localement, un circuit électronique de calcul, microordinateur par exemple, calcule l'intégrale de surface de la fonction I(x, y). Ce détecteur de netteté d'image, duquel l'on part pour la formulation du pria bulle de la revendication 1, présente, il est vrai, une série d'inconvénients t Sa réalisation n'exige pas seulement un nombre considérable de composants - réseau de détecteurs, électronique de lecture pour le réseau de détecteurs, circuit de calcul pour la déternination de la fonction S de netteté d'image - mais en outre la largeur de la bande de fréquence est elle-memAe limitée par le traitement des signaux en série chronologique.Cette lar geur limitée de bande de fréquence est particulièrement critique pour des systèmes critiques du point de vue du temps, par exemple des systèmes optiques adaptatifs pou; la coipensation des influences par turbulence atmosphérique, et peut rendre impossible, selon les circonstances, la mise en service avec des systèmes de ce genre. L'invention a pour objet de procurer un détecteur de netteté d'image qui permette, pour une faible dépense, une rapide détermination de la netteté momentanée de l'image. Ce problème peut être résolu de fagon étonnante, dans le cas d'un détecteur de netteté d'image tel que défini ci-dessus, réalisé de façon que le signal de sortie du détecteur de netteté d'image est directement proportionnel à la fonction S de netteté d'image, par le fait que chaque élément détecteur du réseau de détecteurs consiste enun élément photosensible délivrant un courant proportionnel ou une tension proportionnelle à l'ìn- tensité de lumière à l'endroit de l'élément, et en une photorésistance dont la conductance varie proportionnellement à 11 intensité de la lumière reçue.L'élément photosensible et la photorésistance qui, ensemble, constituent chaque fois un élé- ment détecteur, sont reliés entre eux de telle façon qu'il y a, aux bornes de la photorésistance, une tension proportionnelle à l'intensité de la lumière incidente. Ainsi, le courant qui traverse la photorésistance est proportionnel au carré de l'intensité de la lumière à l'endroit de chacun des éléments detec- teurs. Les différents éléments détecteurs constitués, à chaque fois, par un élément photosensible et une photorésistance, mesurent donc directement la répartition de l'intensité lumineuse dans le plan image ou dans un plan conjugué à ce dernier. En faisant la somme des différents courants qui traversent les photorésistances du réseau de détecteurs, on obtient donc directement un signal de sortie, proportionnel à la fonction S de netteté, du détecteur de netteté d'image, signal qui peut être, par exemple, utilisé directement comme signal régulateur dans un circuit de régulation. Ainsi, le détecteur de netteté d'image selon invention présente une série d'avantages : En employant des éléments détecteurs dont chacun délivre déjà un signal de sortie proportionnel au carré de l'intensité de la lumière à l'endroit de chaque élément détecteur, il est possible d'obtenir un signal proportionnel à la fonction de netteté S grace à une simple totalisation des différents signaux de sortie, c'est-à-dire par un traitement"parallèle"des signaux, de sorte que le détecteur de netteté d'image conforme à l'invention peut aussi etre utilisé avec des systèmes extra- mement critiques du point de vue du temps. Etant donné que, pour le détecteur de netteté d'image conforme à l'invention, on peut renoncer complètement à une électronique de lecture, par exemple pour des réseaux CCD, ainsi qu'à un circuit de calcul monté en aval qui forme l'intégrale du carré de la répartition de l'intensité lumineuse, les frais de construction pour le détecteur conforme à l'invention sont ex trêmement bas. On peut ainsi exécuter, facilement aussi, le détecteur de netteté d'image conforme à l'invention, par exemple conte eircuit intégré dans un substrat de siliclua ou comne circuit à couche mince. Par le branchement parallèle de toutes les photoresistances des différents éléments détecteurs, il est possible de faire de faon simple la somme des courants qui circulent dans les différentes résistances, de sorte que le courant total est proportionnel à 1' intégrale ou à la somme des carrés de la répartition d'intensité lumineuse. Le courant total Ig peut alors être nesuré, d'une fan connue en soi, par exemple par le fait qu'une résistance est prévue, et que la chute de tension aux bornes de cette résistance, qui est proportionnelle à la fonction S de netteté d'image, sert de grandeur de mesure. Comme éléments photosensibles - tels que déjà réalisés - on peut utiliser des éléments qui produisent aussi bien une tension proportionnelle ou un courant proportionnel à l'intensité lumineuse à l'endroit de l'élément photosensible, par exemple donc des photodiodes. Pour l'utilisation d'éléments photosensibles, ainsi que de photodiodes, prodüisa t du courant, il est particulièrement avantageux qu'une résistance fixe soit branchée en série avec l'élément photosensible, résistance fixe dont la valeur soit inférieure à celle de oa photorésistance. La chute de tension aux bornes de cette résistance fixe, proportionnelle à l'in tensité lumineuse à l'endroit de la photodiode, fait augmenter la photorésistance qui forme, avec la photodiode, l'élément détecteur. Dans chaque cas, il est particulièrement avantageux de faire également la somme des courants produits par les éléments photosensibles. Le résultat de cette sommation est proportionnel à la totalité de l'intensité de la lumière incidente et peut être utilisé pour la normalisation du signal de sortie de netteté d'image. Les élements photosensibles et photorésistances qui constituent, par paites, des éléments détecteurs, peuvent autre disposés, par exemple, sous forme de matrices. Pour de nombreux système s optiques adaptatifs, il est cependant suffisant de prévoir une ligne de détecteurs. Il est alors particulièrement avantageux que les différents détecteurs de la ligne de détecteurs soient constitués en forme de bandes dont le grand axe soit à peu près perpendiculaire à l'axe des lignes. L'invention est décrite ci-après de plus près, de fanon exemplaire, en se reportant au dessin, dont l'unique figure montre un exemple de réalisation. Sur un substrat 1 sont disposés une pluralité d'éléments photosensibles 21...2n et de photorésistances 31...3n ,producteurs de courant et alternant chaque fois entre eux. En série avec chaque élément photosensible 2i et en parallèle avec chaque photorésistance 3. correspondante est connectée une résistance ce fixe 4i Dans l'exemple d'exécution représenté, aussi bien les éléments photosentibles 2. que les photorésistances 3 sont en forme de bandes et sont disposés en ligne, leur grand axe étant à peu près perpendiculaire à l'axe des lignes. La valeur de la résistance fixe 4. est faible par rapport à celle de la photoresistance 3i. Du fait que l'élément photosensible délivre un courant I proportionnel à l'intensité v lumineuse I(i), la chute de tension U dans la résistance 4i v I est proportionnelle à I(i). De plus, la conductance G de la photorésistance 3i est aussi proportionnelle à l'intensité lumineuse I à l'endroit de la photorésistance. A condition que la distance des éléments et 3iw formant à chaque fois un élément détecteur, soit petite par rapport à la fréquence locale de l'image dont la netteté doit être établie, l'intensité lumineuse à l'endroit de la photorésistance 3. est pratiquement égale à l'intensité lumi- neuse à l'endroit de l'élément photosensible 2..Le courant J. qui traverse la photorésistance 3i est alors égal à J. =U G i v U z (i) et G w I (I) v On tire de ces relations : J z I 12(i) Le courant traversant les differentes photorésistances est ainsi, pour chaque paire composée d'un élément photosensible 2. et d'une photorésistance 3i, proportionnel au carré de l'in- tensité I de la lumière à l'endroit de cette paire. Si l'on fait la somme des différents courants J., le courant total J g qui en résulte est proportionnel à l'intégrale du carré de la distribution d'intensité lumineuse I(i) dans le plan-image ou dans un plan qui lui est conjugué.Le signal de sortie du de tecteur conforme à l'invention est donc directement proportionnel à la fonction de netteté d'image S. La mesure du courant global de sortie I du détecteur de nette g té d'image est représentée schématiquement, dans la figure, par une résistance 5 aux bornes de laquelle il y a une chute de tension, proportionnelle à la fonction de netteté d'image, qui peut autre mesurée à l'aide de l'instrument de mesure, représenté également schématiquement. Il est en outre possible de faire également la somme des courants traversant las différents éléments photosensibles 2i. Le courant total qui est engendré est proportionnel à l'intégrale de l'intensité de lumière dans le plan-image. Ce signal peut être utilisé à une éventuelle normalisation du signal I de g courant, proportionnel à la fonction de netteté d'image S. La mesure du courant total traversant chacun des éléments photosensibles 2. est, dans la figure, de nouveau symbolisée schématiquement par une résistance 6 et un instrument de mesure mesurant la chute de tension aux bornes de la résistance 6. Dans ce qui précède, l'invention a été décrite à l'aide d'un exemple d'exécution. A l'intérieur de la pensée commune de l'invention, les modifications les plus diverses sont toutefois possibles Par exemple, il est également possible d'utiliser, à la place d'éléments détecteurs en forme de bandes, des éléments détec teurs"pratiquement ponctuelsn qui - conformément à la formation du système optique adaptatif dont les qualités de reproduction doivent etre saisies - peuvent être disposés sous la forme d'une ligne ou d'une matrice. Dans le cadre de la pensée générale de l'invention sont en outre utilisables toutes sortes d'éléments photosensibles 2 qui permettent d'appliquer à la photorésistance une tension dépendant de l'intensité lumineuse de telle façon que le courant circulant sur la base des caractéristiques "repliées" dépendantes de la lumière, de l'élément photosensible et de la photorésistance 3i est proportionnel au carré de l'intensité luvineuse à l'endroit de l'élément détecteur. Les divers éléments constituant à chaque fois un élément détecteur, c'est-à-dire l'élément photosensible et la photorésistance ainsi que, le cas échéant, la résistance fixe, peuvent être produits, par exemple, par dotation correspondante d'un substrat de silicium. En outre peuvent cotre également utilisés des circuits à couche nince, des composants discrets ou autres structures. I1 est simplement décisif que la sensibilité spectrale des divers éléments soit pratiquement égale et que la "fréquence locale" des éléments constituant à chaque fois un élément détecteur soit supérieure à la fréquence locale de 11 image dont la netteté doit être établie. En employant des composants discrets, il peut donc être indispensable de disposer, avant les différents éléments détecteurs, des élévents correspondants d'évasement du rayonnement. REVENDICATIONS 1. Détecteur de netteté d'image pour un système optique, comprenant, pour la détermination d'un signal propor tionnel à l'intégrale de surface (S) du carre de la distribution d'intensité lumineuse (I (x, y)), une pluralité d'éléments détecteurs disposés dans le plan image (F) du système optique ou dans un plan conjugué au plan image, caractérisé par le fait que chaque élément détecteur présente un élément photosensible (2i) qui produit un courant proportionnel ou une tension propor tionnelle à l'intensité lumineuse (I (x, y)) à l'endroit de l'élément détecteur, et une photorésistance (3i) dont la conductance (G) est proportionnelle à l'intensité lumineuse à l'endroit de l'élément détecteur et qui est reliée de telle façon à l'élément photosensible qu'elle présente une tension proportionnelle à l'intensité lu mineuse, et qu'un circuit de sommation forme le courant total (jv) traversant toutes les photorésistances (3i) 2. Détecteur de netteté d'image selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les photorésistances (3i) de tous les éléments détecteurs sont branchées en parallèle 3. Détecteur de netteté d'image selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque élément détecteur présente une résistance fixe (4i) qui est connectée en série avec l'élément photosensible délivrant un courant proportionnel à l'intensité lumineuse et en parallèle avec la photorésistance (3i) 4. Détecteur de netteté d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. caractérisé par le fait que, pour normaliser le signal de netteté image, un circuit de sommation fait la somme des courants qui traversent les différents éléments photosensibles (9i)- 5. Détecteur de netteté d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les éléments photosensibles (2i) et les photorésistances (3i) ont la forme de bandes et sont disposées en ligne.