Brevet FR2692370A1 — publié le 19931217

- La présente invention se rapporte dans son ensemble à des systèmes optiques, et plus particulièrement à des systèmes optiques bimodes. IL existe divers types de systèmes optiques bimodes, qui inc Luent les télescopes fonctionnant sur deux longueurs d'ondes La demande de brevet britannique N 2242283 publiée au nom du demandeur/cessionnaire, décrit un imageur optique, constitué par une pièce unique, qui est défini comme pouvant être utilisé dans un système optique à deux Longueurs d'ondes. La présente invention a pour objet de fournir un système optique bimode améLioré, inc Luant des moyens de balayage et une pluralité de détecteurs infrarouges et CCD (photosensibles à transfert de charge), partageant la même optique. Selon un mode de réa Lisation préféré de La présente invention est donc fourni un imageur optique multi- spectre comprenant: une première et une seconde surfaces réfléchissantes se faisant face définissant un axe optique unique, la première surface réfléchissante faisant partie intégrante d'une pièce unique de matériau méta L Lique, la pièce unique de matériau métallique ayant une ouverture centrale à travers Laquelle passe l'axe optique et une pluralité d'éléments allongés en forme de nervures, faisant partie intégrante de la pièce, qui définissent, entre ces éLéments, une pluralité d'ouvertures communiquant avec l'ouverture centrale; et la seconde surface réfléchissante ayant un foyer sur l'axe optique, par lequel le rayonnement tombant sur La première surface réfléchissante est réf Léchi par celle-ci vers la seconde surface réfléchissante, et est de nouveau renvoyé par la seconde surface réfléchissante vers le foyer; des moyens de balayage associés à La seconde surface réf Léchissante pour conduire la seconde surface réfléchissante à commencer Le balayage; des moyens de séparation de faisceaux recevant Le rayonnement réf Léchi par la seconde surface réfléchissante; et une pluralité de détecteurs, dont chacun fonctionne à une longueur d'onde optique différente et reçoit le rayonnement provenant des moyens de séparation de faisceaux. La première et la seconde surfaces réfléchissantes peuvent être sphériques ou asphériques, et se Lon un mode de réalisation préféré, e L Les ont une configuration externe généralement circulaire lorsque leur direction de projection est parallèLe à l'axe optique, le diamètre de la première surface réf Léchissante étant supérieur au diamètre de la seconde surface réfléchissante. Selon un mode de réa Lisation preféré, la pièce unique de matériau inc Lut également des moyens déf Lecteurs faisant partie intégrante de la pièce, disposés entre la première surface réfléchissante et les éLéments en forme de nervures qui ont pour fonction d'éviter, au moins partiellement, que des rayons vagabonds ne tombent sur les surfaces réfléchissantes. Selon un autre mode de réalisation sont également fournis des moyens déflecteurs faisant partie intégrante des moyens de balayage, qui ont pour fonction d'éviter au moins partiellement que des rayons vagabonds ne tombent sur Les détecteurs. Selon encore un autre mode de réalisation, les moyens de balayage et La seconde surface réfléchissante sont fabriqués solidaires L'un de L'autre. Selon un mode de réalisation supplémentaire, chacun des détecteurs peut être un détecteur unique, une Ligne ou une matrice de détecteurs; et les moyens de balayage sont en mode de balayage lorsqu'est utilisé un détecteur unique ou une ligne de détecteurs, et en mode vérouil Lé lorsqu'est uti Lisée une matrice de détecteurs. 2 - 3 2692370 Se Lon un autre mode de réa Lisation, au moins une Lenti L Le de correction est fournie entre Le dispositif de séparation de faisceaux et au moins L'un des détecteurs. Se Lon encore un autre mode de réa Lisation, au moins l'une des surfaces réfléchissantes est formée par tournage au diamant et La pièce unique de matériau méta L Lique est en a Luminium ou en béry L Lium. Selon un mode de réa Lisation supplémentaire, Le système est configuré de manière à être un système de Cassegrain. Selon un autre mode de réa Lisation, La piece unique de matériau est montée de manière fixée sur une base fixe, et constitue également un châssis pour n'importe Leque L des éLéments suivants: détecteurs, capteurs de vitesse, moyens de positionnement à ba Layage et cartes électroniques. Se Lon encore un autre mode de réa Lisation de L'invention, La pièce unique de matériau est dotée de deux orifices de précision pour monter Le système sur des rou Lements qui ont pour fonction de stabiliser et d'équi Librer Le système avec précision. La présente invention sera plus complètement comprise et appréciée à La Lecture de La description détai Llée qui suit d'un mode de réalisation préféré, prise en combinaison avec Les dessins, dans Lesquels: La Fig 1 est une i L Lustration en coupe d'un imageur optique à double spectre construit et fonctionnant se Lon un mode de réalisation préféré de la présente invention; et la Fig 2 est une illustration d'une vue latérale du système de La Fig 1. IL est maintenant fait référence à la Fig 1, qui est une i L Lustration en coupe d'un imageur optique de type Cassegrain à doub Le spectre, construit et fonctionnant se Lon un mode de réalisation préféré de La présente invention Le système de la Fig 1 est constitué par une pièce unique de matériau méta L Lique 48 sur 4 2692370 laque L Le est formée de façon précise une première surface réfléchissante 50 La pièce unique de matériau métallique est de préférence composée d'a Luminium ou de béryllium, et peut être de dimensions variables, en fonction de l'application spécifique Pour la plupart des applications, la première surface réfléchissante 50 aura un diamètre compris entre 2 et 10 pouces ( 5,08 et 25,4 cm), bien qu'un diamètre de 40 pouces ( 101,60 cm) ou plus soit également possible. Se Lon un mode de réalisation préféré de l'invention, La première surface réfléchissante 50 est formée par tournage au diamant du matériau métal Lique 58 même Au lieu de cela ou en plus de cela, un revêtement réfléchissant peut être appliqué à La surface 50 au moyen d'un procédé adapté de dépôt ou de répétition connu dans l'art. La pièce unique de matériau métallique a une ouverture centrale 49, et une pluralité d'éléments allongés en forme de nervures 53, qui sont fabriqués d'un seul tenant avec la pièce Les éléments en forme de nervures 53 définissent, entre eux, une pluralité d'ouvertures qui communiquent avec l'ouverture centrale 49. Une seconde surface réfléchissante 52 et un assemblage de balayage 55 sont montés au dessus des nervures 53 au moyen d'un assemblage de châssis et de positionnement 54 La première surface réfléchissante 50 et la seconde surface réfléchissante 52 sont optiquement coaxiales, la seconde surface réfléchissante 52 définissant un foyer qui est incident en un point 57 en arrière de l'ouverture centra Le 49 Du fait de cette construction, Le rayonnement frappant la première surface sera réfléchi vers la seconde surface 52 puis de nouveau vers le foyer 57 de la seconde surface 52. La première surface réfléchissante 50 et La seconde surface réfléchissante 52 sont typiquement des surfaces 2692370 réf Léchissantes sphériques entièrement circu Laires; e L Les peuvent également être asphériques. Dans un mode de réalisation préféré, la première surface réfléchissante 50 et la seconde surface réfléchissante 52 ont une configuration externe généra Lement circulaire lorsque leur direction de projection est para LLèLe à Leur axe optique, Le diamètre de La première surface réfléchissante 50 étant supérieur au diamètre de La seconde surface réfléchissante 52 L'assemb Lage de balayage 55 a pour fonction de ba Layer La seconde surface réfléchissante 52, et peut être constitué de n'importe quel type d'assemblage de ba Layage autonome, te L que connu dans L'art L'assemblage de châssis et de balayage 54 est de préférence un assemblage de photodiode et de LED (diode éLectro Luminescente), mais tout autre assemblage de ba Layage tel que connu dans l'art peut être uti Lisé. Selon un mode de réa Lisation préféré de l'invention, l'assemblage de ba Layage 55 est construit et fonctionne selon Les directives du brevet américain N 5 097 356 du demandeur, intitu Lé "Scanning Device" (Dispositif de balayage), dont La divulgation est incorporée au présent brevet par la référence qui y est faite IL est fait particu Lièrement référence à la Fig 1 dudit brevet. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, L'assemb Lage de balayage 55 et la seconde surface réfléchissante 52 sont fabriqués d'un seu L b Loc. Comme ce La est connu dans l'art, les systèmes optiques à axe unique peuvent également nécessiter des déflecteurs pour réduire L'interférence provenant des rayonnements parasites De la même manière, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, La pièce unique de matériau méta L Lique 48 est dotée d'une portion déflectrice 51 faisant partie intégrante de la pièce, qui est interposée entre la première surface réfléchissante et les éLéments nervurés 53, de manière à éviter, au 6 2692370 moins partiellement, que des rayons parasites ne tombent sur les surfaces réfléchissantes. Se Lon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, L'assemblage de balayage 55 voit également sa structure dotée d'une portion déf Lectrice 66, ayant de préférence une épaisseur inférieure à 10 mm, de manière à éviter que des rayonnements parasites ne tombent sur Les détecteurs, décrits plus en détail dans ce qui suit. Un dispositif de séparation de faisceaux 56, typiquement de type dichroïque, est monté sur La partie inférieure de la pièce unique de matériau métallique, au foyer 57 de la seconde surface réfléchissante 52 Le dispositif de séparation de faisceaux 56 reçoit le rayonnement réfléchi par La seconde surface réfléchissante 52 et définit deux faisceaux de sortie 58 et 60 Le faisceau 58 est dirigé typiquement vers un détecteur infrarouge 62, alors que le faisceau 60 est typiquement dirigé vers un détecteur de spectre visible 64, qui est de préférence un détecteur CCD, mais qui peut être également tout autre détecteur adapté, tel qu'un détecteur à faisceau laser Dans un mode de réalisation, les détecteurs 62 et 64 peuvent être tous deux des détecteurs infrarouges, fonctionnant dans des gammes de longueur d'onde différentes, telles que 3 à 5 microns ou 8 à 12 microns. On appréciera que La structure unitaire de L'appareil donne la possibilité d'obtenir un positionnement très précis des détecteurs par rapport à l'axe optique, au dispositif de séparation de faisceaux et aux autres éléments optiques du système. Selon un mode de réalisation préféré de L'invention, l'un des deux détecteurs ou les deux détecteurs peuvent être un détecteur simple, une ligne ou une matrice de détecteurs, tels qu'un détecteur infrarouge et CCD visible dans la gamme de 3 à 5 ou 8 à 12 microns, et toutes les combinaisons adaptées des types de détecteurs ci-dessus peuvent être utilisées L'assemblage de ba Layage 55 fonctionne dans un mode de ba Layage Lorsque sont utilisés des détecteurs simples ou en Ligne, et est maintenu en mode verroui LLé Lorsque c'est une matrice de détecteurs qui est utilisée. Le système de La Fig 1 peut être uti Lisé pour une détection simu Ltanée à plus de deux longueurs d'ondes, en Lui ajoutant un apparei L de séparation de faisceaux adapté D'autre part, Le système peut être conçu de manière à autoriser des champs de vision unique ou multiple, en ajoutant par exemp Le une petite Lenti L Le entre Le dispositif de séparation de faisceaux et L'un des détecteurs. Une amélioration de la qualité de l'image peut être obtenue par L'adjonction d'une ou p Lusieurs Lenti L Les correctrices (non représentées) le Long du chemin optique entre La surface réf Léchissante 52 et Les détecteurs 62 et 64 IL est préférable que Les Lenti L Les correctrices soient constituées en un matériau réfringent multi- spectre, permettant La transmission à La fois des rayons visibles et des rayons infrarouges, et soient de petite tai L Le par rapport à La première surface réfléchissante 50. La pièce unique de matériau méta L Lique constitue éga Lement un châssis adapté pour Les composants électroniques supplémentaires associés à L'invention La Fig 1 illustre Le placement d'un capteur de vitesse 70 qui est utilisé pour la stabi Lisation inertie L Le du système, et un espace supplémentaire 72 est éga Lement disponible pour des éLéments te Ls que des circuits électroniques, des pré-amp Lificateurs pour Les détecteurs, et autres dispositifs électromécaniques te Ls que connus dans L'art. IL est éga Lement fait référence maintenant à La Fig. 2, qui i L Lustre La configuration extérieure du système de La Fig 1 On peut voir qu'une ou p Lusieurs cartes électroniques 90 de traitement du signal peuvent être montées de façon pratique et compacte sur La pièce unique 8 - de matériau méta L Lique Au Lieu de ce La, ou en plus de cela, la pièce unique de matériau méta L Lique peut être uti Lisée pour attacher Le système de manière fixe à d'autres structures (non représentées). La structure métallique unitaire de L'invention permet éga Lement Le positionnement, La stabi Lisation, L'équi Librage et L'a Lignement très précis du système optique Ceci est effectué au moyen de deux orifices de précision 92 qui sont formés dans La base de La structure méta L Lique et qui reçoivent des rou Lements 94 pour La stabilisation et L'équi Librage du système. On pourra également apprécier que du fait de sa structure unitaire et compacte, Le système optique de La présente invention est Léger, athermique (c'est-à dire insensible aux variations de température), résilient et inégal. Toutes les personnes qua Lifiées dans L'art seront en mesure d'apprécier que L'objet de La présente invention n'est pas limité par ce qui a été spécifiquement i L Lustré et décrit précédemment à titre d'exemp Le L'objet de La présente invention est seu Lement Limité par Les revendications qui suivent. 9 -2692370 REVENDICATIONS 1 Système imageur optique multi-spectre caractérisé en ce qu'il comprend: au moins une première ( 50) et une seconde ( 52) surfaces réf Léchissantes se faisant face définissant un axe optique unique; La première surface réfléchissante étant formée d'un seu L tenant avec une pièce unique de matériau méta L Lique ( 48), et définissant une ouverture centrale à travers Laque L Le passe L'axe optique, la pièce unique de matériau comprenant également une pluralité d'éléments allongés en forme de nervures ( 53), faisant parties intégrantes de la pièce, la plura Lité d'éLéments a L Longés en forme de nervures définissant, entre ces éLéments, une plura Lité d'ouvertures communiquant avec l'ouverture centra Le; La seconde surface réf Léchissante définissant un foyer sur L'axe optique, par Lequel le rayonnement tombant sur la première surface réfléchissante est réf Léchi par ce L Le-ci vers la seconde surface réf Léchissante, et est de nouveau renvoyé par la seconde surface réfléchissante vers Le foyer; des moyens de balayage ( 55) associés à La seconde surface réfléchissante pour conduire la seconde surface réfléchissante à commencer le balayage; des moyens de séparation de faisceaux ( 56) recevant le rayonnement réfléchi par La seconde surface réfléchissante; et une pluralité de détecteurs ( 62, 64), dont chacun fonctionne à une Longueur d'onde optique différente et reçoit Le rayonnement provenant des moyens de séparation de faisceaux. 2 Système se Lon La revendication 1 caractérisé en ce que Les surfaces réfléchissantes sont sphériques. 3 Système selon La revendication 1 caractérisé en ce que Les surfaces réfléchissantes sont asphériques. 4 Système selon La revendication 1 caractérisé en ce que chacune des première et seconde surfaces réf Léchissantes ( 50, 52) a une configuration externe généralement circulaire Lorsque sa direction de projection est parallele à L'axe optique, etenceqe Le diamètre de la première surface réfléchissante est supérieur au diamètre de la seconde surface réfléchissante. Système selon La revendication 1 caractérisé en ce que La pièce unique de matériau ( 48) inclut éga Lement des premiers moyens déflecteurs ( 51) faisant partie intégrante de la pièce, disposés entre la première surface réfléchissante et Les éLéments en forme de nervures, Les premiers moyens déf Lecteurs ayant pour fonction d'éviter au moins partiellement que des rayons vagabonds ne tombent sur les surfaces réfléchissantes. 6 Système selon La revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend éga Lement des seconds moyens déflecteurs ( 66) faisant partie intégrante des moyens de ba Layage ( 55), les seconds moyens déf Lecteurs ayant pour fonction d'éviter au moins partie L Lement que des rayons vagabonds ne tombent sur les détecteurs. 7 Système se Lon L'une que Lconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les moyens de balayage et La seconde surface réfléchissante sont fabriquées solidaires L'un de L'autre. 8 Système selon l'une que Lconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que chacun des détecteurs ( 62, 64) peut être d'un des types suivants: un détecteur à éLément unique, une Ligne de détecteurs ou une matrice de détecteurs. 9 Système selon la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens de balayage sont en mode de ba Layage lorsqu'est uti Lisé un détecteur à éLément unique ou une ligne de détecteurs, et en mode véroui LLé Lorsqu'est utilisée une matrice de détecteurs. 10 Système selon La revendication 8 caractérisé en ce qu'i L comprend éga Lement au moins une Lenti L Le de - 11 - correction entre le dispositif de séparation de faisceaux et au moins l'un des détecteurs. 11 Système selon la revendication 6 caractérisé en ce que les moyens de balayage sont encapsu Lés dans les moyens déflecteurs et sont d'une épaisseur inférieure à mm. 12 Système se Lon la revendication 8 caractérisé en ce que la pluralité de détecteurs partageant La même optique ont divers champs de vision. 13 Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que au moins l'une des surfaces réfléchissantes est formée par tournage au diamant. 14 Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que au moins L'une des surfaces réfléchissantes comprend une couche de revêtement réfléchissant, formée par répétition ou par dépôt. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce unique de matériau métallique ( 48) est en aluminium ou en béryllium. 16 Système se Lon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce unique de matériau fournit un châssis pour Les détecteurs. 17 Système selon La revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend également des capteurs de vitesse ( 70) fixes sur la pièce unique de matériau ( 48) pour la stabilisation inertielle du système. 18 Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend également des cartes électroniques ( 90) fixées sur la pièce unique de matériau. 19 Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de positionnement à balayage fixes sur la pièce unique de matériau. Système se Lon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce unique de matériau est montée de manière fixée sur une base fixe. 21 Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce unique de matériau comprend également 12 2692370 deux orifices de précision ( 92) et des roulements ( 94) pour équilibrer Le système. 22 Système se Lon La revendication I caractérisé en ce que au moins L'un des détecteurs est prévu pour détecter Le rayonnement Laser. 23 Système se Lon L'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que Le système est un système de Cassegrain.