Brevet FR2706719A1 — publié le 19941223

DISPOSITIF POUR PROLONGER LES LIGNES DE DéTECTEURS DANS UNE CAMERA OPTOELECTRONIOUE La présente invention concerne un dispositif pour prolonger les lignes de détecteurs dans une caméra optoélectronique à l'aide d'un certain nombre de capteurs CCD en ligne ou à l'aide d'un certain nombre de capteurs CCD en plan formés par plusieurs capteurs CCD en ligne disposés parallèlement les uns aux autres1 dans lequel un diviseur de faisceau optique dans lequel sont formés tour à tour des domaines à transmission sensiblement totale et des domaines à réflexion sensiblement totale fait suite à l'optique de la caméra optoélectronique et les capteurs CCD en ligne ou en plan constituent deux modules de ligne longue décalés en hauteur l'un par rapport à l'autre et orientés vers le diviseur de faisceau. Les capteurs CCD en ligne (dispositifs à couplage de charges) disponibles sur le marché comportent jusqu'à 5000 points ou éléments d'image. Cependant, un nombre de points d'image par ligne atteignant quelques dizaines de milliers est nécessaire pour une télédétection, notamment de la terre. Pour différentes raisons techniques, les capteurs CCD en ligne ne sont pas agencés de manière à pouvoir être alignés les uns derrière les autres de façon continue. Pour répartir la lumière derrière une optique d'imagerie d'une caméra optoélectronique, selon la solution la plus simple du point de vue technique telle qu'elle est décrite dans le document DE-A1-3 618 400, sensiblement la moitié de la lumière disponible en aval de l'optique de la caméra optoélectronique est réfléchie latéralement au moyen d'un diviseur de faisceau optique semitransparent ou semiréfléchissant sous forme d'un miroir ou d'un prisme. Vu dans la direction de l'axe optique, un premier module de ligne longue constitué par un certain nombre de capteurs CCD en ligne est situé derrière le diviseur de faisceau dans le plan focal primaire de l'optique d'imagerie. Un second module de ligne longue, lui aussi constitué par des capteurs CCD en ligne, est disposé au dessus du plan focal primaire de l'optique d'imagerie, latéralement par rapport au diviseur de faisceau, par rotation de 900, par exemple, autour de l'axe longitudinal du module. Mis à part la solution relativement simple du point de vue technique évoquée précédemment, le document DE-A1-3 616 400 décrit différentes autres configurations de diviseur de faisceau qui, cependant, produisent toutes des transitions brusques, non continues, entre les zones totalement réfléchissantes et les zones totalement transparentes du diviseur de faisceau et qui sont situées au dessus du plan focal primaire. Dans les agencements pour répartir la lumière décrits précédemment chaque module de ligne longue reçoit seulement un peu moins de 50* du rayonnement disponible. De plus, dans les configurations de diviseur de faisceau qui y sont décrites, on observe des lacunes d'imagerie et des effets ou phénomènes de diffraction gênants. Dans le document DE-A1-3 819 828 un diviseur de faisceau optique situé en aval de l'optique d'imagerie d'une caméra optoélectronique et destiné à répartir la lumière comporte une série de miroirs réfléchissant tour à tour vers la droite et vers la gauche ou bien encore une série de prismes rendus totalement réfléchissants. La longueur de ces miroirs ou de ces prismes doit être choisie de manière qu'elle corresponde exactement à la longueur d'une ligne de détecteurs d'un capteur CCD en ligne du commerce Pour éviter les lacunes et les effets de diffraction gênants lors de l'imagerie, le diviseur de faisceau ou l'axe reliant ses différents miroirs ou prismes doit être situé exactement dans le plan focal primaire de la caméra optoélectronique. Dans cette forme de réalisation connue il est prévu également deux modules de ligne longue. Ceux-ci sont disposés des deux côtés du diviseur de faisceau ou bien, comme dans le cas de l'une des solutions du document DE-A1-3 616 400 évoqué ci-dessus, l'un des modules de ligne longue est disposé dans la direction de l'axe optique de la caméra sous le diviseur de faisceau et l'autre est disposé latéralement par rapport au diviseur de faisceau en étant décalé en hauteur par rotation de 90 autour de l'axe longitudinal du module. Du fait que, dans ces formes de réalisation connues, la ligne prolongée est située exactement dans le diviseur de faisceau, à savoir dans le plan focal primaire, il est nécessaire que deux séries d'optiques secondaires représentent la ligne prolongée ou le diviseur de faisceau sous forme d'une image sur chacun des deux modules de ligne longue. Le nombre d'optiques secondaires nécessaires à cette fin dans chaque série doit correspondre au nombre des lignes de détecteurs formées par les capteurs CCD en ligne dans le module de ligne longue correspondant. De ce fait, chaque module de ligne longue reçoit la totalité de la lumière disponible derrière l'optique primaire d'imagerie, lumière qui n1 est que légèrement affaiblie par la transmission des optiques secondaires. Bien que le diviseur de faisceau segmenté soit situé dans le plan focal primaire de l'optique d'imagerie de la caméra utilisée, le grand nombre d'optiques secondaires et leur ajustement constituent l'obstacle principal à une utilisation judicieuse, ce qui explique que cet agencement ne soit que très peu ou pas utilisé en pratique. Par le document US 4 009 388 on connaît un agencement dans lequel la lumière disponible derrière l'optique d'imagerie de la caméra utilisée est répartie par un diviseur de faisceau optique semiréfléchissant sur deux capteurs CCD en ligne parallèles et qui se recouvrent totalement. Dans ce cas, les deux capteurs CCD en ligne ne sont décalés l'un par rapport à 1 l'autre dans la direction longitudinale que d'un demi-élément détecteur de sorte que les centres des différents éléments détecteurs d'un capteur CCD en ligne sont situés exactement dans les domaines frontières entre les éléments détecteurs de l'autre capteur CCD en ligne. Ainsi, dans le procédé connu par le document US 4 009 388, une ligne complète n'est pas prolongée, mais elle est simplement munie d'un nombre deux fois plus important d'éléments détecteurs, ce qui permet d d'obtenir une amélioration du balayage, toutefois sans prolongement de la ligne. Ce procédé lui non plus ne peut pas être transposé à un module de ligne longue présentant des lacunes. Compte tenu de ce qui précède, la présente invention a pour but de créer un dispositif pour prolonger les lignes de détecteurs dans une caméra optoélectronique dans lequel il soit possible d'aligner côte à côte un nombre quelconque de points d'image dans une ligne de détecteurs de manière que la totalité de l'intensité lumineuse soit disponible sur une ligne longue constituée par deux modules. Ce but est atteint, dans une première forme de réalisation de l'invention, en ce qu'il est prévu, entre les domaines à transmission sensiblement totale et les domaines à réflexion sensiblement totale du diviseur de faisceau, pour les séparer les uns des autres et pour éviter des effets de diffraction, des zones de transition variant chacune de manière continue, en ce que, dans chacun des modules de ligne longue, les interstices libres entre les capteurs CCD en ligne sont plus courts que la longueur d'un domaine sensible à la lumière d'un capteur CCD en ligne, en ce que le premier module de ligne longue après le diviseur de faisceau est agencé sous ses segments transparents et le second module de ligne longue est agencé latéralement au diviseur de faisceau à côté de ses segments réfléchissants de telle manière que les centres des capteurs CCD en ligne du second module de ligne longue recouvrent les centres des interstices libres du premier module de ligne longue et en ce que les longueurs des interstices libres dans chaque module de ligne longue sont choisies si courtes qu'un signal sensiblement sans pertes du point de vue radiométrique est garanti pour la caméra optoélectronique d'une part par des signaux sensiblement sans pertes provenant du domaine central dtun capteur CCD en ligne derrière le domaine sensiblement totalement transparent ou derrière le domaine sensiblement totalement réfléchissant du diviseur de faisceau et d'autre part par sommation électronique des signaux des capteurs CCD en ligne voisins dans des domaines de recouvrement entre les modules de ligne longue qui correspondent aux zones de transition. Dans une seconde forme de réalisation de la présente invention, le but évoqué ci-dessus est atteint en ce qu'il est prévu, entre les domaines à transmission sensiblement totale et les domaines à réflexion sensiblement totale du diviseur de faisceau, pour les séparer les uns des autres et pour éviter des effets de diffraction, des zones de transition variant chacune de manière continue, en ce que, dans chacun des modules de ligne longue les interstices libres entre les capteurs CCD en plan sont plus courts que la longueur d'un domaine sensible à la lumière d'un capteur CCD en plan, en ce que le premier module de ligne longue après le diviseur de faisceau est agencé sous ses segments transparents et le second module de ligne longue est agencé latéralement au diviseur de faisceau à côté de ses segments réfléchissants de telle manière que les centres des capteurs CCD en plan du second module de ligne longue recouvrent les centres des interstices libres du premier module de ligne longue, et en ce que les longueurs des interstices libres dans chaque module de ligne longue sont choisies si courtes qu'un signal sensiblement sans pertes du point de vue radiométrique est garanti pour la caméra optoélectronique d'une part par des signaux sensiblement sans pertes provenant du domaine central d'un capteur CCD en plan derrière le domaine sensiblement totalement transparent ou derrière le domaine sensiblement totalement réfléchissant du diviseur de faisceau et d'autre part par sommation électronique des signaux des capteurs CCD en plan voisins dans des domaines de recouvrement entre les modules de ligne longue qui correspondent aux zones de transition. Selon l'invention, contrairement au document DE-A1-3 819 828, le diviseur de faisceau utilisé n'est pas rendu réfléchissant à 50% mais il est formé tour à tour par des segments sensiblement totalement transparents et par des segments sensiblement totalement réfléchissants, de sorte que les différentes lignes de détecteurs des capteurs CCD en ligne ou leurs domaines centraux reçoivent la totalité de l'intensité lumineuse. Pour éviter des effets de diffraction au niveau de la transition entre les domaines réfléchissants et les domaines transparents du diviseur de faisceau optique, selon l'invention cette transition est progressive. Une petite partie de la longueur habituelle d'un capteur CCD en ligne du commerce est suffisante pour y parvenir. Selon l'invention, les interstices entre les capteurs CCD en ligne disposés les uns à la suite des autres dans chacun des deux modules de ligne longue sont raccourcis de sorte que les domaines terminaux des différentes lignes de détecteurs des deux modules de ligne longue se chevauchent ou se recouvrent. La longueur de chaque domaine de chevauchement ou de recouvrement des capteurs CCD en ligne est choisie légèrement supérieure à la somme de la longueur d'un domaine de transition entre un domaine réfléchissant et un domaine transparent du diviseur de faisceau et du diamètre du faisceau optique pour un point d'image dans le diviseur de faisceau. En outre, selon l'invention1 les signaux provenant des domaines de recouvrement des deux modules de ligne longue sont sommés électroniquement. Les dispositions prévues selon l'invention permettent de garantir que la totalité de l'intensité du rayonnement est disponible pour tous les points d'image, c'est à dire pour chaque détecteur individuel de l'ensemble de la ligne prolongée. L'avantage obtenu grâce à l'invention par rapport à la solution décrite dans le document DE-A1-3 616 400 réside donc dans le fait que, grâce à la sommation de signaux évoquée précédemment, sensiblement la totalité de l'intensité lumineuse du rayonnement dont on dispose en aval de l'optique d'imagerie est disponible pour les détecteurs optoélectroniques dans le domaine de transition. Les avantages qui peuvent être obtenus grâce à l'invention par rapport à la solution décrite dans le document DE-A1-3 819 828 résident principalement dans le fait que les formes de réalisation selon l'invention permettent d'éviter l'emploi d'optiques secondaires et par conséquent d'éviter les difficultés d'ajustement et les pertes de transmission. Par ailleurs, elles permettent d'éviter les effets de diffraction dénaturants du point de vue radiométrique au niveau des transitions brusques du point de vue radiométrique des surfaces réfléchissantes. D'autre part1 il n'est pas nécessaire d'imposer au diviseur de faisceau optique des conditions de précision aussi sévères que dans le cas de la solution selon le document DE-A1-3 819 828 d'après laquelle les longueurs des différents miroirs ou prismes du diviseur de faisceau doivent coïncider exactement, c'est à dire avec une précision de l'ordre de 1 pm environ, avec une fraction d'élément détecteur. Le dispositif selon l'invention pour prolonger les lignes de détecteurs dans une caméra optoélectronique constitue donc une simplification par rapport aux dispositifs utilisés à cet effet jusqu'à présent et permet en outre d'obtenir une augmentation sensible de la qualité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple uniquement, et dans lesquels: la figure 1 est une coupe transversale schématique simplifiée, sensiblement dans le domaine médian dlune forme de réalisation d'un dispositif pour prolonger les lignes de détecteurs selon l'invention, et la figure 2 est une représentation schématique, elle aussi très simplifiée et en vue de dessus1 de la même forme de réalisation d'un dispositif pour prolonger les lignes de détecteurs selon l'invention. Pour illustrer le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention1 tel qu'il est représenté schématiquement sur la figure 2, on a représenté cinq unités CCD linéaires sous forme de capteurs CCD en ligne CCD1 à CCD5 chacun d'une longueur légèrement supérieure à 5 cm. La longueur de la zone sensible à la lumière est réglée à 5 cm dans chaque cas, ce qui correspond en pratique à 5000 détecteurs élémentaires séparés les uns des autres par une distance de 10 pm. La largeur de chacun des capteurs CCD en ligne CCD1 à CCD5 est d'environ 15 mm. L'optique O d'une caméra optoélectronique, symbolisée par une lentille représentée schématiquement, a par exemple un taux d'ouverture de 1:4. L'optique O concentre un faisceau lumineux STB représenté sur la figure 1. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, qui comprend cinq capteurs CCD en ligne CCD1 à CCD5, un diviseur de faisceau allongé ST comporte des domaines transparents ST1, ST3 et STg, parmi lesquels les domaines ST1 et STs sont situés à ses extrémités, et des domaines réfléchissants ST2 et ST4 situés entre les précédents. Comme le montre la coupe schématique de la figure 1, le diviseur de faisceau ST est situé à une distance de l'ordre de 1 cm des capteurs CCD en ligne CCD1, CCD3 et CCD5, lesquels sont disposés dans un plan situé verticalement sous le diviseur de faisceau ST en formant un premier module de ligne longue M1. En même temps, le diviseur de faisceau ST est situé à la même distance1 par exemple égale à 1 cm, des capteurs CCD en ligne CCD2 et CCD4 qui constituent un second module de ligne longue M2 qui est décalé latéralement par rapport au premier module M1 par une rotation de 900 par exemple, lorsque les domaines réfléchissants du diviseur de faisceau font un angle de 450 avec l'axe optique de l'optique O qui n'est pas représenté sur la figure 1. La vue de dessus de la figure 2 montre que le diviseur de faisceau ST comporte au total cinq domaines ST1 à ST5 parmi lesquels les trois domaines ST1, ST3 et STg sont transparents et permettent de ce fait une transmission sensiblement totale du rayonnement tandis que les domaines ST2 et ST4 situés entre les précédents et représentés hachurés sur la figure 2 sont des domaines réfléchissants à réflexion sensiblement totale. D'autre part, on voit sur les figures que les trois domaines transparents ST1, ST3 et STs du diviseur de faisceau ST, vus dans la direction de l'axe optique (non représenté) de l'optique O de la caméra, sont situés exactement au dessus des capteurs CCD en ligne CCD1, CCD3 et CCD5 situés par exemple dans le plan de la figure 2. Par contre, les domaines réfléchissants ST2 et ST4 du diviseur de faisceau, qui sont représentés hachurés sur la figure 2, sont situés exactement en face des capteurs CCD en ligne CCD2 et CCD4 qui sont décalés en hauteur par une rotation de 900. En outre1 la vue de dessus de la figure 2 montre qu'il est prévu des interstices libres FR, représentés de manière exagérément agrandie, entre les capteurs CCD en ligne CCD1, CCD3 et CCD5 situés par exemple dans le plan de la figure 2. Du fait de l'agencement, représenté sur les figures 1 et 2, des capteurs CCD en ligne CCD1 à CCD5 qui sont par exemple au nombre de cinq, un faisceau STB provenant de l'optique O d'une caméra optoélectronique, qui n'est pas représentée de manière plus précise, et parvenant au diviseur de faisceau ST est transmis par les trois domaines transparents ST1, ST3 et STs du diviseur de faisceau ST et arrive ainsi sur les capteurs CCD en ligne CCD1, CCD3 et CCD5 (situés en dessous sur la figure 1) qui constituent le module de ligne longue M1. La partie du faisceau STB qui parvient sur les domaines réfléchissants ST2 et ST4 du diviseur de faisceau ST est déviée de 900 (sur la figure 1 vers la droite) par ces domaines, qui sont agencés par exemple à 450 comme le montre la figure 1, pour parvenir sur les unités CCD CCD2 et CCD4, décalées en hauteur par rapport au diviseur de faisceau et constituant le module de ligne longue M2. Si l'on admet comme ci-dessus un taux d'ouverture de 1:4 pour l'optique O et si l'on choisit une distance d'environ 1 cm entre le diviseur de faisceau ST et les différents capteurs CCD en ligne CCD1 à CCD5, le diamètre d'un faisceau optique STB, qui est conique comme le montre la vue en coupe schématique de la figure 1, est de (1 cm x 1/4) = 2,5 mm dans le diviseur de faisceau. Dans l'exemple choisi, cette valeur correspond au recouvrement minimal entre l'?xtrémité inférieure du capteur CCD en ligne CCD1 et l'extrémité du capteur CCD en ligne CCD2 qui est située en face, entre l'extrémité supérieure du capteur CCD en ligne moyen CCD3 et l'extrémité du capteur CCD en ligne CCD2 qui est située en face, entre l'extrémité inférieure du capteur CCD en ligne moyen CCD3 et l'extrémité du capteur CCD en ligne CCD4 qui est située en face, et ainsi de suite, ceci étant vérifié lorsqu'il existe une transition à bords abrupts entre les domaines transparents ST1, ST3 et STg et les domaines réfléchissants ST2 et ST4 du diviseur de faisceau ST. Sur la figure 2, les zones de transition UB1 à UB4 qui sont représentées avec une taille exagérée et qui ne sont pas à l'échelle ont chacune une longueur calculée ci-dessus de 2,5 mm, ce qui correspond à 250 éléments ou à un vingtième de la zone active de 5 cm d'un capteur CCD en ligne. Dans l'exemple de réalisation que l'on a choisi, il en résulte donc, avec les cinq capteurs CCD en ligne CCD1 à CCD5 qui se recouvrent partiellement aux extrémités, une ligne de détecteurs contenant 24000 éléments au total. On choisit dans chacun des deux modules de ligne longue M1 et M2 des interstices libres FR de longueur suffisamment faible pour garantir un signal sensiblement sans pertes du point de vue radiométrique pour la caméra optoélectronique représentée schématiquement par son optique O sur la figure 1, d'une part grâce aux signaux sensiblement sans pertes provenant des domaines centraux des capteurs CCD en ligne CCD1, CCD3 et CCD5 derrière les domaines sensiblement totalement transparents ST1, ST3 et STg du diviseur de faisceau ST et grâce aux signaux sensiblement sans pertes provenant des domaines centraux des capteurs CCD en ligne CCD2 et CCD4 derrière les domaines sensiblement totalement réfléchissants ST2 et ST4 du diviseur de faisceau ST et d'autre part grâce à une sommation électronique des signaux des capteurs CCD en ligne voisins CCD1 et CCD2, CCD2 et CCD3, CCD3 et CCD4, etc., dans des domaines de recouvrement entre les modules de ligne longue M1-et M2 qui correspondent aux zones de transition UB1 à UB4. Comme l'intensité des paires associées entre elles de capteurs CCD en ligne CCD1 à CCD5 est sommée au niveau des domaines de recouvrement, il n'apparaît aucune discontinuité dans la luminosité des images. De même les phénomènes de diffraction au niveau des bords des transitions entre les domaines réfléchissants ST2 et ST4 et les domaines transparents ST1, ST3 et STg sont empêchés par des zones de transition correspondant aux domaines de recouvrement. RE VENDICATIONS 1. Dispositif pour prolonger les lignes de détecteurs dans une caméra optoélectronique à l'aide d'un certain nombre de capteurs CCD en ligne, dans lequel un diviseur de faisceau optique (ST) dans lequel sont formés tour à tour des domaines à transmission sensiblement totale (ST1, ST3, STg) ) et des domaines à réflexion sensiblement totale (ST2, ST4) fait suite à l'optique (O) de la caméra optoélectronique et les capteurs CCD en ligne (CCD1, CCD2, CCD3, CCD4, CCD5) constituent deux modules de ligne longue (M1, M2) décalés en hauteur l'un par rapport à l'autre et orientés vers le diviseur de faisceau, caractérisé en ce qu'il est prévu, entre les domaines à transmission sensiblement totale (ST1, ST3, ST5) et les domaines à réflexion sensiblement totale (ST2, ST4), pour les séparer les uns des autres et pour éviter des effets de diffraction, des zones de transition (UB1, UB2, UB3, UBq) variant chacune de manière continue, en ce que, dans chacun des modules de ligne longue (Mî, M2) les interstices libres (FR) entre les capteurs CCD en ligne sont plus courts que la longueur d'un domaine sensible à la lumière d'un capteur CCD en ligne, en ce que le premier module de ligne longue (M1) après le diviseur de faisceau (ST) est agencé sous ses segments transparents (ST1, ST3, STg) et le second module de ligne longue (M2) est agencé latéralement au diviseur de faisceau (ST) à côté de ses segments réfléchissants (ST2, ST4) de telle manière que les centres des capteurs CCD en ligne (CCD2, CCD4) du second module de ligne longue (M2) recouvrent les centres des interstices libres (FR) du premier module de ligne longue (M1) et en ce que les longueurs des interstices libres (FR) dans chaque module de ligne longue (M1, M2) sont choisies si courtes qu'un signal sensiblement sans pertes du point de vue radiométrique est garanti pour la caméra optoélectronique d'une part par des signaux sensiblement sans pertes provenant du domaine central d'un capteur CCD en ligne derrière le domaine sensiblement totalement transparent ou derrière le domaine sensiblement totalement réfléchissant du diviseur de faisceau (ST) et d'autre part par sommation électronique des signaux des capteurs CCD en ligne voisins (CCD1, CCD2; CCD2, CCD3; CCD3, CCD4; CCD4, CCD5) dans des domaines de recouvrement entre les modules de ligne longue (M11 M2) qui correspondent aux zones de transition (UB1, UB2, UB3, UB4). 2. Dispositif pour prolonger les lignes de détecteurs dans une caméra optoélectronique à l'aide d'un certain nombre de capteurs CCD en plan formés par plusieurs capteurs CCD en ligne disposés parallèlement les uns aux autres1 dans lequel un diviseur de faisceau optique dans lequel sont formés tour à tour des domaines à transmission sensiblement totale et des domaines à réflexion sensiblement totale fait suite à l'optique de la caméra optoélectronique et les capteurs CCD en plan constituent deux modules de ligne longue décalés en hauteur l'un par rapport à l'autre et orientés vers le diviseur de faisceau, caractérisé en ce qu'il est prévu, entre les domaines à transmission sensiblement totale et les domaines à réflexion sensiblement totale, pour les séparer les uns des autres et pour éviter des effets de diffraction, des zones de transition variant chacune de manière continue, en ce que, dans chacun des modules de ligne longue, les interstices libres entre les capteurs CCD en plan sont plus courts que la longueur d'un domaine sensible à la lumière d'un capteur CCD en plan, en ce que le premier module de ligne longue après le diviseur de faisceau est agencé sous ses segments transparents et le second module de ligne longue est agencé latéralement au diviseur de faisceau à côté de ses segments réfléchissants de telle manière que les centres des capteurs CCD en plan du second module de ligne longue recouvrent les centres des interstices libres du premier module de ligne longue et en ce que les longueurs des interstices libres dans chaque module de ligne longue sont choisies si courtes qu'un signal sensiblement sans pertes du point de vue radiométrique est garanti pour la caméra optoélectronique d'une part par des signaux sensiblement sans pertes provenant du domaine central d'un capteur CCD en plan derrière le domaine sensiblement totalement transparent ou derrière le domaine sensiblement totalement réfléchissant du diviseur de faisceau et d'autre part par sommation électronique des signaux des capteurs CCD en plan voisins dans des domaines de recouvrement entre les modules de ligne longue qui correspondent aux zones de transition.