Brevet FR2622705A1 — publié le 19890505

L'invention se rapporte à une tête de détecteur optique grand angle pour la détection directionnelle de rayonnement optique, comprenant un grand nombre d'optiques individuelles à champs visuels se chevauchant partiellement et raccordées au transducteur électro-optique du détecteur par fibres optiques. Pour de nombreux systèmes de détecteurs optiques, on exige une détection à angle extrêmement grand, par exem- ple pour une vue panoramique (360 ) en azimut et des hau- teurs allant jusqu'à 180 en élévation. Cela s'applique, en particulier, à différents détecteurs de veille et d'alerte dans lesquels l'apparition de l'évènement ou de l'objet recherché peut être réparti sur une grande zone angulaire. Les objectifs usuels de systèmes de caméras et d'acquisition d'hostiles ayant un champ visuel inférieur à ne sont pas suffisants pour la couverture optique de ces grandes zones angulaires. L'inconvénient de l'emploi d'objectifs grand angle, voire d'objectifs supergrand angle, de champs visuels pouvant aller jusqu'à 1100, réside non seulement dans la complexité et le coût de ces objec- tifs, mais aussi dans la distorsion préjudiciable de l'ima- ge sur le champ visuel et le montage rigide nécessaire de l'objectif et du détecteur dans un plan d'image. Pour pallier ces inconvénients, on a mis au point des détecteurs optiques qui comportent un grand nombre d'yeux à facettes et dans lesquels l'axe optique de chaque oeil est dirigé dans une direction différente, tandis que les champs visuels des yeux individuels sont suffisamment grands pour que la totalité de la zone angulaire puisse être entièrement couverte par chevauchement réciproque. Pour pouvoir monter le transducteur opto-électrique indé- pendamment de l'optique, le signal de chaque oeil à facet- tes lui est délivré par des fibres optiques flexibles. Un tel mode réalisation est connu par le brevet EP 0114 053 de la Demanderesse. Il y est fait état d'une tête de détecteur hémisphérique dans la surface de laquelle une multitude de fibres optiques sont régulièrement réparties et fixées. Les autres extrémités des fibres optiques sont réunies en un écheveau dont la surface frontale est située en regard d'une matrice munie d'un grand nombre de détecteurs. La direction du rayonnement est déterminée en affectant les détecteurs aux fibres optiques individuelles au moyen d'un circuit d'interprétation monté en aval. Par les brevets PS 3323828 et PS 3525518 de la Demanderesse, on connait, en outre, des détecteurs d'alerte laser dont les têtes comportent des lentilles individuel- les qui sont montées sur une surface sphérique et qui, en liaison avec les différentes fibres optiques, forment des dits yeux à facettes à champ visuel défini. Le diamètre pupillaire est obtenu ici par un.réglage déterminé de la surface d'entrée de l'extrémité de la fibre optique hors du plan focal de la lentille. Dans ces modes de réalisation, l'origine, commune à toutes les optiques du détecteur, des coordonnées de l'orientation de tous les axes optiques se situent au cen- tre de la surface de montage sphérique. Or, comme on a pu le constater, ces modes de réalisation qui viennent d'être décrits, présentent quelques inconvénients dans certains cas d'utilisation et dans certaines circonstances. Ainsi, par exemple, avec une surface de montage sphérique, la tête du détecteur fait invariablement saillie en dehors de la surface du système porteur, que ce soit un avion, un blindé c'u un hélicoptère etc.., ce qui se traduit par des effets nuisibles aussi bien sur les caractéristiques aérodynami- ques du vecteur que sur la durée de vie de l'appareil à sa position exposée. Le risque de détérioration s'avère sur- tout très grand lorsqu'il s'agit, par exemple, de blindés qui traversent des régions boisées etc.. Comme la tête du détecteur comporte une surface de réception optique bombée vers l'extérieur, elle est relativement peu protégée contre les rayonnements diffusés et les reflets qui, certes se produisent en dehors de sa zone de réception proprement dite - par exemple sur la surface externe du vecteur -, mais qui, en raison de leur intensité parviennent en partie dans l'un des yeux indivi- duels par diffusion multiple. Les modes de réalisation décrits, comportant une surface de montage sphérique avec frettes ou connecteurs disposés sur la surface interne de la tête du détecteur et orientés vers le centre, ont encore un défaut. Il faut ici que l'écartement entre les yeux soit relativement grand à l'extérieur, afin de disposer de suffisamment de place lors du montage de l'intérieur, ce qui va à l'encontre de l'exi- gence imposant de réduire au maximum le poids et le volume de la tête du détecteur. Un grand écartement des yeux est cependant aussi gênant lorsqu'on s'efforce d'effectuer une interpolation angulaire en fonction des signaux optiques de plusieurs "yeux individuels", car la grandeur des éléments de scintillation, c'est-à-dire la structure claire/obscure sur une coupe transversale du rayon laser dans l'atmosphère est généralement d'un ordre de grandeur de quelques milli- mètres au centimètre. Pour cette raison, l'écartement des yeux devrait être tout au plus de l'ordre de quelques millimètres. Un autre inconvénient de la forme sphérique de la tête du détecteur est la nécessité d'utiliser également un capot sphérique en verre pour la protection des optiques individuelles. Nonobstant les frais supplémentaires de ces capots, ils sont peu favorables à un nettoyage automatique. La présente invention a pour objet de mettre au point une tête de détecteur optique grand angle du type précité qui ne présente plus les inconvénients précédemment décrits, soit de forme simplifiée et essentiellement opti- misée en ce qui concerne sa sensibilité aux parasites. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que les optiques individuelles sont disposées sur une plaque de montage de telle sorte que le point d'intersec- tion commun de tous les axes optiques se situe devant les ouvertures d'entrée de la lumière de ces optiques indivi- duelles. Dans la tête du détecteur selon l'invention pour le réglage du champ visuel et du diamètre pupillaire de l'optique individuelle, on peut disposer devant la surface d'entrée des fibres optiques une lentille sphérique montée dans un support, un guide d'onde conique en forme d'enton- noir et réalisé en un matériau plan conduisant la lumière, ou encore une douille conique à miroir interne. Selon une autre particularité de l'invention, une fenêtre de recouvrement plane à structure de diaphragme imprimée peut être disposée devant les optiques indivi- duelles. Dans un mode de réalisation avantageux de la tête de détecteur optique, à toutes les extrémités des fibres optiques est associée, en tant qu'optique primaire, une lentille qui leur est commune et devant laquelle est placée la fenêtre de recouvrement plane et les axes optiques des fibres traversant la lentille se coupent en un point d'in- tersection (origine du système de coordonnées) qui se situe devant l'ouverture d'entrée de ladite lentille ou dans celle-ci même. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente en coupe transversale, perpendiculairement au plan horizontal, un exemple de réa- lisation d'une tête de détecteur optique compacte avec détection à grand angle et yeux à facettes; - la figure 2a est une coupe horizontale suivant A-A de la figure 1 représentant la fenêtre de recouvrement de la tête du détecteur avec structure de diaphragme impri- mee; - la figure 2b est une coupe horizontale suivant B-B de la figure 1, représentant les optiques individuel- les, coupées à leurs etxtrémités, à l'intérieur de la tête -de détecteur; - la figure 2c est une coupe horizontale suivant C-C de la figure 1, représentant les optiques individuel- les, coupées à leurs extrémités, avec vue partielle sur les fibres optiques; - la figure 3 est une coupe partielle d'un autre exemple de réalisation d'une tête- de détecteur optique compacte avec détection à grand grand angle et lentille commune aux différentes fibres optiques; la figure 4a est une coupe transversale d'une optique individuelle comportant une lentille sphérique; - la figure 4b est une coupe transversale d'une optique individuelle comportant un guide d'onde en matériau plein en forme d'entonnoir; - la figure 4c est une coupe transervsale d'une optique individuelle comportant un guide d'onde en forme d'entonnoir qui est formé à partir d'une douille ouverte. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'une tête 10 de détecteur qui, au lieu d'un support sphé- rique, comporte un support plan en forme de plaque de montage 14 pour les optiques individuelles 11, le sens de tous les axes lia étant maintenus, mais le point d'inter- section commun de tous les axes 11a - origine llb des coordonnées, au lieu d'être placé à l'intérieur, étant maintenant placé à l'extérieur, donc devant la tête du détecteur. La tête 10 du détecteur est munie de sept ran- gées d'optiques individuelles 11 qui sont disposées à une distance azimutale de 150 et dont les axes optiques 11a sont disposés les uns par rapport aux autres avec un même écartement angulaire de 17.3 . Pour une réception d'environ 33 % du signal émis, un champ visuel de 200 suffit pour garantir une réception complète et régulière sur une zone angulaire de 900 x 90. Si, cependant, on exige une plus grande plage de détection, par exemple de 1800 ou de 360 , la flexibilité des connections des fibres optiques permet de monter sans difficulté sur le vecteur (blindés, missiles, etc..) plu- sieurs têtes de détecteur individuelles qui sont toutes captées par une installation électronique centrale. Le réglage du champ visuel et du diamètre pupil- laire de chaque optique individuelle 11 peut s'effectuer à l'aide de différentes optiques primaires 11c-11e, celles-ci étant placées devant la surface d'entrée des fibres opti- ques 12. Sur les figures 4a à 4c, on a esquissé différents modes de réalisation. L'exemple de réalisation selon la figure 4a prévoit l'emploi d'une lentille 11c, dite sphé- rique, qui est maintenue devant chaque extrémité 12b des fibres optiques au moyen d'un support 11f. Le diamètre pupillaire est augmenté par l'effet de collecteur de lumiè- re de la lentille sphérique 11c. En même temps cependant, le champ visuel ou l'angle d'admission de l'oeil, qui est initialement donné par l'ouverture numérique des fibres optiques, est réduit à une valeur qui est déterminée par la distance de l'extrémité 12b de la fibre optique du plan focal de la lentille sphérique utilisée lic. Pour pouvoir maintenant supprimer les composantes du rayon qui parvien- nent à la fibre optique 12, après réflexions multiples dans la lentille sphérique ou par lumière diffusée provenant des zones angulaires situées en dehors du champ visuel propre- ment dit, cette lentille sphérique est sertie dans un sup- port 11f qui est réalisé sous la forme d'un dit "tube déflecteur". Du fait du positionnement de l'origine ou du point de départ commun 11b des coordonnés devant la pupille d'entrée et de la convergence commune des axes optiques 11a en ce point 11b, les ouvertures d'entrée peuvent être pla- cées très près les unes des autres tout en préservant en arrière l'espace suffisant pour le montage des frettes dans la plaque support ou la plaque de montage commune 14. Un avantage essentiel est ici que la fenêtre de recouvrement commune 15 peut être réalisée plane. Dans le mode de réalisation, illustré à la figure 4b, d'une optique individuelle 11, un dit guide d'onde conique 11d en forme d'entonnoir est réalisé en un matériau plein conducteur de la lumière, est placé à l'extrémité 12b de la fibre optique. L'angle du cône, la longueur et le diamètre sont choisis de façon que les rayons lumineux provenant d'une zone angulaire déterminée soient amenés à l'extrémité 12 de la fibre optique par réflexion totale à l'intérieur du cône. Avec ce mode de réalisation, on peut également augmenter le diamètre pupillaire et diminuer l'angle d'admission. Dans -le troisième mode de réalisation - illustré à la figure 4c, comme guide d'onde en forme d'entonnoir, on utilise une douille conique 11e à miroir interne. Ici, la lumière atteint l'extrémité 12 de la fibre optique au plus tard après quelques réflections. L'avantage des deux modes de réalisation les der- niers cités est, premièrement, que l'on évite les perturba- tions does aux défauts de la lentille, deuxièmement, on obtient une meilleure immunité contre les rayonnements parasites et troisièmement, on réalise ainsi une structure extrêmement compacte de l'ensemble du champ de l'oeil. Une structure compacte est - comme déjà mentionné - une condi- tion indispensable à l'emploi de détecteurs qui utilisent une interpolation à partir des signaux de plusieurs yeux voisins dans l'atmosphère turbulente. La figure 3 représente un autre exemple de réali- sation. Ici, on utilise une lentille commune 16 en tant que dite optique primaire de toutes les extrémités des fibres. Les fibres optiques 12 sont placées dans la même disposi- tion géométrique et dans le même sens axial - que dans les autres exemples de réalisation - également sur une surface 14 qui peut cependant être légèrement bombée pour la cor- rection de la courbure du champ. Par un choix approprié de la distance focale de la lentille, du diamètre et de la disposition des fibres optiques 12, on obtient des champs visuels voisins se chevauchant en partie - comme dans les autres modes de réalisation - pour capter complètement une zone d'angle solide terminée. On obtient un mode de réali- sation particulièrement simple en utilisant une lentille sphérique ou cylindrique et dans lequel toutes les fibres optiques 12 sont logées sur une surface sphérique ayant le même centre que la lentille. REVENDICATIONS 1. Tête de détecteur optique grand angle pour la détection directionnelle de rayonnement optique, comprenant un grand nombre d'optiques individuelles à champs visuels se chevauchant partiellement et raccordées au transducteur électro-optique du détecteur par fibres optiques, caracté- risée par le fait que les optiques individuelles (11) sont disposées sur une plaque de montage (14) de telle sorte que le point d'intersection commun (11b) de tous les axes opti- ques (11a) se situe devant les ouvertures d'entrée de la lumière de ces optiques individuelles (11). 2. Tête de détecteur optique selon la revendica- tion 1, caractérisée par le fait que la plaque de montage (14) est réalisée sous la forme d'un support sphérique ou plan pour les optiques individuelles (11). 3. Tête de détecteur optique selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisée par le fait que pour le réglage du champ visuel et du diamètre pupillaire de l'optique individuelle (11), une lentille sphérique (11c) est dispo- sée dans un support (11f) devant la surface d'entrée des fibres optiques (12). 4. Tête de détecteur optique selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisée par le fait que pour le réglage du champ visuel et du diamètre pupillaire de l'optique individuelle (11), un guide d'onde conique (11d) en forme d'entonnoir, réalisé en matériau plein conducteur de la lumière, est disposé devant la surface d'entrée des fibres optiques (12). 5. Tête de détecteur optique selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisée par le fait que pour le réglage du champ visuel et du diamètre pupillaire de l'optique individuelle (11), une douille conique (11e) à miroir interne est disposée devant la surface d'entrée des fibres optiques (12). 6. Tête de détecteur optique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'une fenêtre de recouvrement plane 15 à structure de diaphragme imprimée est disposée devant les optiques individuelles (11). 7. Tête de détecteur optique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'à toutes les extrémités (12b) des fibres optiques est asso- ciée, en tant qu'optique primaire, une lentille (16) qui leur est commune et devant laquelle est placée la fenêtre de recouvrement plane (15), et que les axes optiques (lia) des fibres (12) traversant la lentille (16) se coupent en un point d'intersection (origine du système de coordonnées) qui se situe devant l'ouverture d'entrée de ladite lentille ou dans celle-ci même.