Brevet FR2602623A1 — publié le 19880212

SYSTEME DE BLOCAGE PAR SCELLEMENT DU POSITIONNEMENT RELATIF DES CAPTEURS DTC MATRICIELS EQUIPANT UNE CAMERA La présente invention concerne un système de blocage par scellement du positionnement relatif de plusieurs capteurs solides matriciels équipant une caméra, afin de maintenir avec une grande précision et une fiabilité élevée une certaine comcidence des-images détectées. Compte tenu des progrès techniques réai~sés dans le domaine des capteurs matriciels solides, ces derniers sont de plus en plus utilisés pour équiper des caméras de prise de vue miniatures et qui présentent une bonne définition d'image. Les capteurs solides matri ciels sont constitués avec des dispositifs à transfert de charges, ou DTC (généralement en circuits CCD, abréviation de Charge Coupled Device). Pour la prise de vue couleur la caméra comporte au moins deux, généralement trois, capteurs matriciels. Ces équipements présentent un problème lié à la superposition des images et qui ne peut être résolu que par un positionnement relatif très précis et fiable des capteurs solides. Par superposition on entend soit la côîncidence exacte pixel par pixel, soit avec un léger décalage correspondant par exemple à la moitié du pas entre pixels, dans le cas de matrices à interligne. Les matrices à interligne sont utilisées en ce sens pour accroître la résolution de l'image en multipliant par deux le nombre de points grâce à deux matrices. Le positionnement relatif des capteurs pour assurer la coTnci- dense désirée présente de multiples difficultés. En effet, il faut considérer en ce reportant à la figure 2 qu'il y a en tout six réglages par capteur dont trois sont des translations AX, AY,AZ selon les axes X,Y,Z. Z est l'axe optique et X,Y sont les axes conventionnels du plan photosensible du capteur, la direction X correspondant à la direction des lignes. Les trois autres réglages sont les rotations RX, RY autour de X,Y et RZ autour de l'axe optique. Les réglages d'inclinaison correspondent aux rotations RX et RY autour de X et de Y qui permettent d'amener le plan photosensible ABCD orthogonal à la direction de l'axe optique Z qui aboutit au détecteur. Deux autres réglages dits de cadrage permettent d'effectuer les déplacements AY et AY de manière à faire co'incider sensiblement la trace O de l'axe optique Z avec le centre du capteur correspondant au centre de l'aire détectrice rectangulaire ABCD. Le réglage par rotation RZ autour de l'axe optique Z permet d'orienter l'image de manière dégrée et le réglage par translation AZ le long de cet axe permet d'effectuer la mise au point de l'image sur le plan détecteur. Les réglages d'inclinaison RX et RY étant généralement faits en premier lieu, on voit qu'il reste à effectuer quatre réglages par capteur ce qui nécessite des moyens de positionnement associés suffisamment élaborés pour obtenir la précision élevée requise qui peut atteindre 2 à 3 microns. Une fois les positionnements obtenus il est donc nécessaire de les figer par des blocages fiables. Une technique envisageable est le collage, mais les colles présentent des coefficients de dilatation trop élevés par rapport aux pièces environnantes utilisées. Les pièces supports sont choisies en sorte que leur coefficient de dilatation est compatible avec celui des optique s. Les verres ayant un coefficient de dilatation de l'ordre de 7 microns par degré centigrade, on choisit de préférence des pièces en titane ou en alumine dont le coefficient est de l'ordre de 8 microns. Ces coefficients ne sont pas compatibles avec ceux présentés par les colles; par exemple, une colle epoxy a un coefficient de l'ordre de 70 microns. Il en résulte des contraintes mécaniques avec risque de rupture qui sont préjudiciables à la préservation du bon positionnement et du blocage des capteurs.De plus, pour compenser la plage des réglages, l'épaisseur de colle utilisée peut s'avérer devoir être importante, une épaisseur de 2mm par exemple, ce qui entraîne pour une variation thermique de + 500C un déplacement de + 7 microns qui est bien au-delà de la précision recherchée. Une amélioration de cette technique de collage permet de diminuer l'épaisseur de colle en intercalant des cales, biseautées ou en forme de coins et constituées en verre, entre le bottier du capteur et la pièce support solidaire du bâti de la caméra à laquelle le bottier doit être couplé rigidement. Cette méthode présente des difficultés de mise en place des cales, des contraintes mécaniques sur les cordons de colle dont le coefficient de dilatation est différent de ceux des verres et des pièces support, et les capteurs utilisés ne sont pas récupérables. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités en assurant un blocage mécanique pe manent par scellement du positionnement de deux ou trois capteurs matriciels solides placés derrière un système optique récepteur, avec une grande précision et une grande stabilité. En outre, la solution proposée permet de se débarrasser de l'ensemble des moyens de position nement utilisés pour disposer relativement l'un par rapport à l'autre les capteurs d'image, ce qui allège la caméra et permet d'en diminuer le prix. Les moyens de positionnement récupérés peuvent servir ensuite pour positionner les capteurs d'une autre caméra et donc constituer un outillage. Enfin, la solution autorise une récupération aisée des capteurs en cas de besoin. La solution mise en oeuvre évite tout déréglage par effet des dilatations thermiques et des vibrations mécaniques. Selon l'invention, il est proposé de réaliser un système de blocage du positionnement relatif des capteurs matriciels DTC d'une caméra, chaque capteur étant monté sur une grande face d'une plaquette de plus grande dimension qui présente des zones latérales utilisées pour fixer la plaquette à un dispositif support mécanique lui-même fixé à l'intérieur de la caméra, caractérisé en ce que la plaquette prend appui directement par lesdites zones latérales sur des faces d'appui prévues à cet effet sur le dispositif support, chaque zone et la face d'appui correspondante étant agencées tel que l'une présente une cavité et l'autre un relief en vis-à-vis de dimensions limitées pour pénétrer dans la cavité, ladite cavité ayant été préalablement pourvue d'un liant à base de silice pour effectuer un blocage par scellement, des moyens de positionnement étant prévus solidaires de la plaquette du côté de la grande face opposée pour effectuer ledit positionnement relatif avant la prise effective du liant. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple, à l'aide des figures annexées qui représentent: - Fig.l, un schéma général d'une caméra équipée de deux capteurs DTC matricieis, de moyens de positionnement relatif des capteurs et de moyens de blocage par scellement conformes à l'invention; - Fig.2, un schéma de rappel des six réglages de positionnement intervenant au niveau du capteur; - Fig.3, un schéma en vue éclatée des moyens de blocage utilisables dans le montage selon la figure I - Figs.4 et 5, des schémas partiels avec coupe des moyens de blocage selon la figure 3 après mise en place des pièces à sceller;; - Fig.6, un schéma relatif à un montage sur un banc vertical pour effectuer le blocage par scelle ment et les positionnements relatifs des capteurs; - Fig.7, un schéma de détail illustrant le montage et l'amovibilité des moyens de positionnement qui constituent un outillage. La figure 1 rappelle les moyens essentiels présentés par une caméra à capteurs DTC matriciels. Dans la version figurée la caméra comporte deux capteurs 1 et 2. Ces capteurs sont disposés sur les trajets optiques de sortie d'un dispositif séparateur de voies optiques 3 qui est lui-même placé en aval de l'objectif optique récepteur 4. Le séparateur 3 et les capteurs 1 et 2 sont montés solidaires d'un dispositif support 5 qui comporte deux plaques verticales 5A et 5B dotées de faces d'appui pour recevoir les capteurs 1 et 2 montés sur des plaquettes lIA et 12A. Les faces de contact sont aménagées ainsi qu'il sera décrit ultérieurement pour permettre un blocage par scelle ment des capteurs positionnés relativement l'un par rapport à l'autre. Les moyens de positionnement sont couplés à l'arrière des plaquettes 11A et 11B pour chacun des capteurs afin d'effectuer les réglages par translation et rotation selon les axes X,Y et Z correspondants comme il a déjà été indiqué préalablement à l'aide de la figure 2. Ces moyens de positionnement sont amovibles et une fois les opérations de positionnement terminées ils sont enlevés. A. titre indicatif, un ensemble de positionnement 11 est représenté à l'arrière de la plaquette IlA, le montage corret- ndant 5B, lIA et Il étant représenté en vue éclatée pour r.- ieux discerner ces différentes parties. Les moyens de positionnement sont conçus de manière à produire les translations et rotations nécessaires pour l'exécution des réglages et à leur blocage respectif. Chacun de ces ensembles, tel l'ensemble 11 comporte à cet effet une structure permettant d'effectuer des mouvements de translation et de rotation. La réalisation d'un tel ensemble ne fait pas l'objet de la présente invention et pourra être réalisé selon des techniques connues. Le dispositif support 5 comporte outre les plaquettes 5A et 5B représentées verticalement, une semelle SC représentée horizontalement sur laquelle ces plaquettes SA et SB sont fixées. L'ensemble support S est déplaçable relativement à l'objectif 4 selon une direction parallèle à celle Z de l'axe optique d'entrée pour effectuer la mise au point. Les moyens correspondant à ce déplacement sont symbolisés par un élément de guidage tel une glissière 6 le long de laquelle coulisse la semelle SC. La glissière 6 est solidaire directement du bâti 10 constituant le corps de la caméra et qui est symbolisé par des hachures.Le circuit 9 représente la commande de mise au point correspondante qui permet ce déplacement mécanique relatif indiqué MZ. I1 est entendu que la commande mécanique peut s'exercer aussi bien dans un sens que dans l'autre et que, selon des techniques connues, l'action mécanique de déplacement peut être reportée au niveau de l'objectif 4 en faisant coulisser ce dernier parallèlement à son axe. Le dispositif support 5 ainsi que les pièces de positionnement 11 pour la capteur 1 et 12 (non représenté) pour le capteur 2 sont constitués avantageusement dans un matériau, tel le titane, qui présente un coefficient de dilatation voisin de celui des verres utilisés pour réaliser l'optique réceptrice 4. Les signaux détectés par les capteurs I et 2, SV 1 et SV2 respectivement, sont appliqués à des circuits de traitement 13 et 14 puis transmis à l'extérieur vers un moniteur de visualisation 15 par exemple. Le circuit 16 représente un circuit d'aiguillage pour sélectionner la première ou la seconde voie, et un circuit mélangeur pour mélangeur les deux voies vidéo. Les circuits 13, 14 peuvent être, sinon en totalité du moins en partie, inclus dans la caméra avec les circuits conventionnels de lecture de la makice et de préamplifi- cation vidéo. Les circuits 16 peuvent être inclus dans le moniteur 15 en particulier le circuit mélangeur pour visualiser une image en couleur. La figure 3 montre en vue éclatée de manière plus distincte une réalisation envisageable des moyens de blocage du capteur en position sur le dispositif support. On a représenté la voie du capteur 1. On entend par capteur l'ensemble accessible normalement comprenant le capteur photo-électrique proprement dit monté dans son boîtier et interconnecté à des contacts de sortie. Le boîtier peut être en alumine. Le capteur est monté solidaire d'une plaquette lIA par vissage et piétage du boîtier sur une grande face de la plaquette. La plaquette est de préférence en titane. Elle présente des parties débordantes latérales qui dans l'exemple représenté sont partiellement repliées en direc-tion des faces d'appui F1A et F1B prévues sur les supports SA et 5B. A la partie supérieure, les deux faces d'appui F2A et F2B sont prévues pour la réception du deuxième capteur 2 monté sur la plaquette 12A selon la figure 1 et deux faces F2A, F2B étant en retrait par rapport aux faces F1A et F1B pour tenir compte de la différence de trajet optique introduite par le montage séparateur optique 3. Pour permettre le blocage par scelle ment on dispose d'un côté des faces d'appui des cavités et de l'autre des parties en relief qui s'introduisent dans ces cavités dans lesquelles on place au préalable un liant. Les cavités sont usinées par exemple du côté des faces d'appui des plaquettes SA et 5B comme représenté en CIA et ClB et les parties en relief peuvent être obtenues par usinage terminal des zones latérales débordantes de la plaquette llA. Les dimensions de chacune de ces parties, telle l'extrémité PllA qui doit venir se loger dans la cavité CIA est de dimension légèrement inférieure à celle de la cavité correspondante pour permettre son introduction dans cette cavité. Les figures 4 et 5 montrent des schémas de détail avec coupe illustrant le blocage des éléments en place suivant des vues en coupe verticale et en coupe horizontale respectivement. Le liant 20 est constitué de préférence par un matériau à base de silice pour présenter un coefficient de dilatation compatible avec celui des matériaux environnants et des verres de l'optique. L'adhérence n'étant plus le paramètre principal le liant n'est pas choisi dans la famille des colles mais dans celle des céramiques dont les coefficients restent autour de 8 microns par degré centigrade.Un exemple de liant utilisable est l'adhésif 940 qui est à base d'oxyde de zirconium (Zn02) et de silice (Si 02. I1 sèche et durcit rapidement sur tout support non poreux métaux, céramique, verre, quartz, isolant haute température. I1 offre une excellente résistance à l'humidité et à l'oxydation. Le fabricant de ce produit est la Société des Procédés Industriels KAGER. Pour réaliser un ancrage efficace de chaque partie terminale PllA dans la cavité correspondante ClA, I'usinage des cavités et la forme des pièces terminales sont adaptés en conséquence. Comme représenté la partie PIlA a une section en forme de T et la cavité CIA présente une largeur variable en sorte que la partie élargie de PlIA forme avec le liant 20 qui est autour une masse de plus grande dimension que l'entrée de la cavité ce qui accroît la tenue et la fiabilité du blocage. La pièce 25 sur la figure 4 symbolise une carte imprimée qui peut être montée sur les deux rangées de contact 26 et 27 du capteur. Pour effectuer le blocage par scellement, il est nécessaire de remplir les cavités de liant sur un banc vertical représenté à la figure 6 afin de ne pas être tributaire de l'effet de la pesanteur durant la prise du liant. La pièce à sceller, c'est-à-dire chaque capteur monté sur sa plaquette, est plongé par les extrémités de la plaquette dans le liant et on effectue dès lors les réglages de positionnement avant que la prise effective du liant ne l'interdise. Sur la figure S on a représenté la pièce 11A en contact avec la face d'appui F1A mais il est entendu que par suite des réglages de positionnement une liberté de manoeuvre est prévue qui peut être de l'ordre de + 1 millimètre suivant les trois axes et que, une fois le positionnement terminé, cette disposition n'est pas forcément vérifiée. Les dimensions de la cavité CiA et des extrémités PllA sont prévues de manière à tenir compte de cette liberté des réglages en X,Y et Z. Sur la figure 6, les éléments représentés comportent, montés sur le banc le banc vertical 30, une source de lumière et un dispositif à mire 31, une optique 32, puis le dispositif séparateur de voies 3, ensuite les montages supports 5A et SB avec les plaquettes llA,12A et les capteurs 1 et 2, et à distance de ces plaquettes, les mécanismes de positionnement 11 et 12. Les pièces 32, 33 et 34 servent à maintenir les ensembles 11 et 12 sur le banc 30 et les pièces 35 et 36 servent à placer à distance les outillages 11 et 12 de positionnement comme représenté à titre d'exemple sur la figure 7. Les montages 35 et 36 permettent un montage et un démontage plus aisé des ensembles de positionnement 11 et 12. Ces pièces 35 et 36 peuvent consister en une entretoise (Fig.7) fixée par des vis 37 sur la plaquette Il A et supportant à l'autre extrémité au moyen des vis 38 l'ensemble de positionnement 11. Ainsi, par le simple dévissage des éléments 37 il est possible de dissocier aisément l'ensemble 35 et 11 de la plaquette 11A et réutiliser ces moyens de positionnement comme outillage pour le réglage d'un autre ensemble de capteurs. Les parties 3 et 5A, SB sont ensuite montées sur la semelle 50 et disposées dans la caméra. Dans l'exemple décrit on n'a considéré que deux capteurs mais la même technique s'applique tout aussi bien dans le cas d'une caméra à trois capteurs. Les opérations de positionnement doivent être menées à bien durant le laps de temps pendant lequel le liant est encore suffisamment malléable ce qui est le cas au moins durant les vingt premières minutes, ce temps est amplement suffisant pour effectuer les réglages. L'ensemble reste ensuite à sécher pendant un temps suffisant à la température ambiante pour constituer un scelle ment définit et peut alors être démonté du banc de réglage. L'ensemble formé par l'optique 4, le séparateur 3 et le support 5 équipé des capteurs forment un ensemble de verre de titane et de céramique qui constitue une combinaison rigide mécaniquement et homogène du point de vue dilatation. REVENDICATIONS 1. Système de blocage du positionnement relatif des capteurs matriciels DTC équipant une caméra, chaque capteur étant monté sur une grande face d'une plaquette de plus grande dimension qui présente des zones latérales utilisées pour fixer la plaquette à un dispositif support mécanique lequel est lui-même solidaire du corps de la caméra. le système étant caractérisé en ce que la plaquette (1 lA, i2A) prend appui directement par lesdites zones latérales sur des faces d'appui (F1A, F1B, F2A, F2B) prévues à cet effet sur le dispositif support (5 5A, 5B), chaque zone et la face d'appui correspondante étant agencées de manière à ce que l'une présente une cavité (C1A) et l'autre un relief (PI lA) de dimension limitée pour pénétrer dans la cavité et permettre des débattements pour les réglages de positionnement ladite cavité ayant été préalablement pourvue d'un liant (20) à base de silice pour effectuer un blocage par scellement, des moyens de positionnement (11,12) étant prévus solidaires de la plaquette du côté de la grande face opposée à celle sur laquelle est montée le capteur pour effectuer les réglages de positionnement respectifs des capteurs avant la prise effective du liant. 2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce les moyens de positionnement sont montés amovibles sur la plaquette correspondante de manière à être dissociés de celle-ci après avoir effectué les réglages correspondants. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la mise en oeuvre du blocage par scellement s'effectue sur un banc vertical (30) de manière à maintenir le liant (20) dans la cavité au cours de son durcissement, lesdits moyens de positionnement constituant un outillage réutilisable pour les réglages des capteurs d'une autre caméra. 4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les capteurs (1,2) par l'intermédiaire du dispositif support-(5,SA,SB) sont montés sur la caméra, ces capteurs étant disposés sur les trajets optiques de sortie d'un séparateur de voies optiques (3) en aval de l'objectif (4) de la caméra, le séparateur et les capteurs étant montés solidaires mécaniquement d'une semelle (suc) du dispositif support (S), des moyens étant prévus (9,6,10) pour effectuer le déplacement relatif de l'ensemble du dispositif support et du séparateur de voies par rapport à l'objectif pour réaliser la mise au point, caractérisé en ce que les capteurs sont débarrassés des moyens de positionnement (11,12). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif support (5) est constitué à l'aide de deux plaques (5A,5B) comportant lesdites faces d'appui pour recevoir les capteurs et leurs plaquettes, et qui sont fixées ellesmêmes sur ladite semelle (suc). 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le liant (20) est un adhésif à base d'oxyde de zirconium et de silice.