Brevet FR2722932A1 — publié le 19960126

DISPOSITIF DE VISUALISATION D'UN CHAMP SITUE DANS UNE ZONE HOSTILE SOUMISE A UN FORT RAYONNEMENT NUCLEAIRE DESCRIPTION Domaine technique L'invention concerne un dispositif pour visualiser une scène située dans une zone soumise à un rayonnement nucléaire intense. Elle trouve une application dans le domaine de la vision en milieu hostile et, notamment, dans le domaine du nucléaire. Elle peut également être utilisée pour des observations dans des zones inaccessibles et/ou distantes et, spécialement, lorsque l'accès à ces zones entraine des difficultés de maintenance. Etat de la technique Dans le domaine nucléaire, notamment pour le retraitement et le démantèlement de matières nucléaires, l'homme ne peut intervenir directement dans la zone hostile du fait de 1' intense rayonnement nucléaire qui règne dans cette zone. Aussi, pour visualiser des scènes dans une telle zone, il est connu d'utiliser, en général, des dispositifs munis de tubes électroniques de prise de vues (par exemple des tubes de type Vidicon) car, sous rayonnement nucléaire intense, les systèmes de vision électroniques courants sont trop perturbés pour fournir des images exploitables. En effet, les rayonnements subis par les appareils utilisés peuvent atteindre une dose d'énergie de l'ordre de 10 à 100 kGy. Or, les systèmes électroniques, tels que les caméras grand public comportant des détecteurs sur silicium du type détecteur à transfert de charge (CCD), ne supportent pas plus d'environ 100 Gy. Néanmoins, bien que résistant aux forts rayonnements, lorsqu'ils sont soumis à de telles doses d'énergie les tubes électroniques de prise de we Vidicon doivent être changés très fréquemment. Il est donc usuel de choisir des tubes de très bonne qualité pour permettre une durée d'utilisation la plus longue possible, mais qui ne peut toutefois pas dépasser quelques dizaines d'heures. Or, de tels tubes Vidicon ont un coût élevé ; le système utilisant ces tubes Vidicon a donc l'inconvénient d'être très coûteux. Une autre méthode consiste à utiliser des tubes Vidicon de moindre qualité, et donc de coût moins élevé, et à les changer encore plus fréquemment. Cette méthode a pour inconvénient d'être également coûteuse, du fait des coûts de maintenance élevés. En outre, de nos jours, le développement des Dispositifs à Transfert de Charges (Charges Coupled Divice, CCD), constitués d'une mosaïque détectrice sur silicium et utilisés dans les caméscopes et dans les appareils photos électroniques actuels, s'accroît considérablement. Aussi, les tubes électroniques de prise de vues se trouvent de plus en plus concurrencés par ces dispositifs en technologie silicium, dont les performances en résolution spatiale et rapidité sont en constante amélioration. Cette forte concurrence entraîne la disparition de certains types de tubes électroniques de prise de vue et des coûts de fabrication de tubes de plus en plus élevés du fait de la décroissance de la demande. Leur fabrication risque même, à moyen terme, de cesser. Exposé de l'invention La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients. A cette fin, elle propose un dispositif de visualisation d'un champ situé en zone hostile ; ce dispositif est disposé en partie en zone hostile et en partie en zone accessible, les éléments situés en zone hostile étant choisis de façon à pouvoir résister à un rayonnement nucléaire intense. Ces éléments sont essentiellement des éléments optiques et des éléments mécaniques commandés depuis la zone accessible. De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif de visualisation pour observer un champ situé à l'intérieur d'une zone hostile soumise à un fort rayonnement nucléaire, depuis une zone accessible protégée de ce rayonnement. Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comporte - des moyens de prise d'images aptes à former, en zone hostile, des images successives d'une pluralité de points du champ à observer ; - au moins une fibre optique de transmission ayant une face d'entrée en zone hostile et une face de sortie en zone accessible et qui assure le transport de l'image de chaque point du champ depuis la zone hostile jusqu'à la zone accessible ; et - des moyens de traitement des images du champ, situés en zone accessible. Avantageusement, les moyens de prise d'images comportent, dans la zone hostile, des moyens de dé flexion aptes à dé fléchir successivement chaque point du champ à observer, ainsi que des moyens de focalisation aptes à focaliser chacun de ces points, dé fléchis par les moyens de dé flexion, sur la face d'entrée de la fibre optique de transmission. Selon l'invention, les moyens de déflexion comportent au moins un premier et un second miroirs pour dé fléchir chaque image, respectivement, selon l'axe X et selon l'axe Y. Ces miroirs sont mobiles, actionnés chacun par un système galvanométrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de prise d'images comportent au moins un détecteur de position associé à chaque miroir pour contrôler la position et la mobilité de ce miroir. Les détecteurs de position associés à chaque miroir peuvent être reliés à leur miroir respectif par au moins une fibre optique ; dans ce cas, les détecteurs sont alors disposés dans la zone accessible. Selon l'inventionr les moyens de focalisation comportent au moins une lentille convergente, apte à diriger l'image défléchie en X et en Y, vers la face d'entrée de la fibre optique de transmission. Selon un mode de réalisation de l'invention, les fibres optiques sont des fibres à coeur de silice pouvant supporter une dose de rayonnement supérieure à 106 Gy. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif peut comporter une pluralité de fibres optiques dont les faces d'entrées sont voisines les unes des autres dans le plan de l'image et filtrées en longueur d'onde à leurs sorties pour assurer une reconstitution d'une image couleur du champ à observer. Brève description des dessins La figure unique représente schématiquement le mode de réalisation préféré du dispositif de visualisation sous rayonnement nucléaire intense, conforme à l'invention. Exposé détaillé de modes de réalisation On a représenté, sur la figure, un dispositif pour visualiser à distance un champ 1 situé dans une zone hostile H soumise à un fort rayonnement nucléaire. Selon l'invention, le champ l à observer peut être visualisé depuis la zone accessible A, c'est-à-dire la zone qui n' est pas soumise au rayonnement nucléaire. L'invention consiste en un dispositif comportant des moyens de prise d'images qui sont aptes à effectuer un balayage du champ l à observer pour former successivement l'image de chaque point du champ 1 sur la face d'entrée d'une fibre optique 3. Cette fibre optique 3 transporte chacune de ces images depuis la zone hostile H où les images ont été formées jusqu'à la zone accessible A où ces images seront traitées. Des moyens de déflexion permettent donc de projeter successiveent les points du champ 1 à observer sur la face d'entrée de la fibre optique 3. Par synchronisation de deux miroirs 9 et 5 en X et Y, dont l'un effectue un balayage rapide et l'autre un balayage lent, on obtient un balayage de type vidéo. La modulation de la lumière, sortant de la fibre dans la zone accessible, est donc directement transposable en un signal vidéo qui peut être synchronisé avec la fréquence d'oscillation des miroirs et l'information fournie par des détecteurs (12 et 8) de position des miroirs. De façon plus précise, les moyens de prise d'images comportent, dans la zone hostile H, des miroirs de deflexion 5 et 9. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure, les miroirs de dé flexion sont au nombre de deux - le miroir 5 qui défléchit les images du champ 1 selon l'axe Y ; et - le miroir 9 qui défléchit les images du champ 1 selon l'axe X. Ces miroirs 5 et 9 sont constitués d'une plaque de métal poli ou d'une plaque de verre recouverte d'un dépôt métallique réfléchissant. De tels miroirs ne présentent donc pas de sensibilité particulière au rayonnement et peuvent, de ce fait, être utilisés sans risque en zone hostile H. Chacun de ces miroirs 5 et 9 est associé à un oscillateur galvanométrique, respectivement 7 et il, par l'intermédiaire d'une tige de support, respectivement 6 et 10. Chaque oscillateur galvanométrique 7 ou il comporte un bobinage, un aimant permanent et un fer doux de fermeture des lignes de champs, ces éléments n'étant pas montrés sur la figure par mesure de simplification de cette figure. Ils sont, en outre, décrits dans les notices commerciales intitulées "M3 Series Optical Scanner with Driver" et "Moving Magnet Optical Galvanometer Scanners, A New Generation" de GENERAL SCANNING INC. Les oscillateurs galvanométriques 7 et Il permettent donc de faire subir des rotations aux tiges de support 6 et 10 qui ont chacune une extrémité fixée dans lesdits oscillateurs galvanométriques 7 et il et une autre extrémité fixée sur les miroirs 5 et 7. Ces miroirs 5 et 7 sont ainsi actionnés par les oscillateurs galvanométriques, respectivement, 7 et 11. La mobilité du miroir 5 dans le sens de la flèche représentée autour de la tige 6 permet donc une dé flexion dans la direction Y des images du champ 1 captées par ledit miroir 5. Parallèlement, la mobilité du miroir 9, dans le sens de la flèche représentée autour de la tige 10, permet donc une déflexion dans la direction X des images défléchies en Y par le miroir 5 et captées par ledit miroir 9. Des traits pointillés fléchés ont été représentés sur la figure pour indiquer la trajectoire des signaux lumineux représentatifs des images du champ 1 vers le miroir 5, puis vers le miroir 9 et enfin vers la face d'entrée 3a de la fibre optique 3. Les oscillateurs galvanométriques ne comportant que des pièces mécaniques ou des pièces conductrices d'électricité (à savoir le bobinage), ils ne présentent pas de susceptibilité particulière au rayonnement nucléaire. Cependant, afin de s'assurer que les bobines gardent, malgré le temps et le rayonnement, toutes leurs propriétés, on utilisera de préférence, comme isolant d'enrobage des bobines, et surtout comme noyaux de support des fils du bobinage, des matériaux inorganiques tels que le silice et l'alumine. On peut toutefois, choisir un fil de bobinage enrobé d'une résine organique ; dans ce cas, on utilise une bobine à spires non jointives permettant de pallier à une détérioration éventuelle des propriétés d'isolement du matériau d'enrobage. De tels oscillateurs galvanométriques 7 et ll peuvent donc être placés sans risque en zone hostile H. Les moyens de prise d'images comportent, en outre, des détecteurs de position 8 et 12 associés, respectivement, aux miroirs 5 et 9. Ces détecteurs de position 8 et 12 permettent de contrôler, de façon précise, les mouvements des miroirs 5 et 9 et, plus précisément, la position de chaque miroir à chaque oscillation, ainsi que la fréquence de balayage de ces miroirs. Un contrôle de la fréquence de balayage est, en effet, nécessaire puisqu'elle peut varier en fonction des variations de température pouvant avoir lieu dans la zone hostile H. De façon plus précise, pour la synchronisation des miroirs et pour la précision de localisation des points du champ objet, il est important d'avoir une référence de position du miroir. Pour ce faire, on utilise une source de lumière et un détecteur conçus de façon qu'il n'existe qu'une seule position du miroir pour laquelle la lumière issue de la source soit réfléchie vers le détecteur. Le signal reçu correspondant donne une information temporelle de la position du miroir. Par exemple, si la fréquence d'oscillation du miroir varie avec la température, le temps entre deux signaux varie. On peut alors effectuer une correction électronique pour restabiliser la fréquence à sa valeur initiale. Selon un mode de réalisation de 1 invention, non représenté sur la figure, les détecteurs de position 8 et 12 sont de type optique. Ils comportent chacun une diode électroluminescente, un récepteur (par exemple une diode PIN) et un système de commande. Certains types de diodes électroluminescentes et de récepteurs et leur commande électronique associée peuvent ainsi avoir une bonne tenue au rayonnement. Ils peuvent en effet supporter une dose de rayonnement d'environ 105 Gy et donc être placés en zone hostile H. Selon une variante de l'invention, le dispositif de visualisation peut comporter de plus des moyens d'éclairage situés en zone accessible A. Selon un premier mode de réalisation de cette variante, la lumière est introduite par la face de sortie de la fibre optique 3 utilisée pour le transport d'image qui l'envoie dans la zone hostile H. Cette solution est élégante et de fonctionnement simple ; cependant, elle peut imposer d'importantes contraintes au niveau de la lumière parasite. Selon un second mode de réalisation de cette variante, deux ensembles identiques et synchronisés sont utilisés ; l'un d'eux assure l'éclairage du champ à observer, tandis que l'autre, permet l'observation du champ ainsi éclairé. Dans ce dernier mode de réalisation, des miroirs supplémentaires sont disposés en zone hostile H pour diriger les faisceaux lumineux émis par les systèmes d'éclairage pour illuminer le champ à observer. Conformément à l'invention, les moyens de prise d'images comportent un système de focalisation 13 permettant de focaliser les signaux lumineux captés par le miroir 9 (et qui correspondent à des images défléchies en X et en Y) sur la face d'entrée 3a de la fibre optique 3. Selon le mode de réalisation montré sur la figure, le système de focalisation 13 consiste en une lentille convergente réalisée en silice et présentant une assez bonne tenue au rayonnement nucléaire. Selon un autre mode de réalisation, le système de focalisation 13 consiste en un doublet corrigé des aberrations chromatiques longitudinales. De toute façon, le verre de la lentille pouvant être de très faible épaisseur, l'éventuelle influence du rayonnement sur le comportement de la lentille 13 ne pourrait être que négligeable puisque les effets d'un jaunissement du verre sur les images traversant la lentille 13, correspondent à une faible épaisseur traversée. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de focalisation 13 peut être monté sur une mécanique de support qui assure à ce système de focalisatlon une certaine mobilité grâce à laquelle une mise au point du système peut être faite. La partie mobile de la mécanique de support est commandée par un moteur qui peut être soit fixé sur cette mécanique, soit disposé en zone accessible A et relié à la mécanique de support par un système flexible résistant au rayonnement. Suite au balayage du champ 1 à observer, effectué ligne par ligne par les miroirs 5 et 9, on obtient, en sortie des moyens 13 de focalisation, un signal temporel modulé représentatif de l'image de ce champ 1. C'est ce signal temporel modulé qui est transporté depuis les opens 13 de focalisation vers la zone accessible A par l'intermédiaire de la fibre optique 3. Selon un mode de réalisation de l'invention, on utilise plusieurs fibres optiques, de même type que la fibre optique 3 et associées à cette fibre optique 3 dans le plan image du système de focalisation 13 pour permettre une vision trichromatique du champ 1 à observer. Selon I'ivention, des moyens 15 de traitement d'images sont placés en zone accessible A, à l'extrémité de la (ou des) fibre(s) optique(s) 3. Ces moyens 15 de traitement assurent l'acquisition des signaux temporels modulés transmis par la (ou les) fibre(s) optique(s) 3, puis leurs traitements pour les transformer sous forme d'images. rtant disposés en zone accessible A, ces moyens 15 de traitement peuvent comporter des éléments classiques ayant une tenue au rayonnement nucléaire tout à fait ordinaire. Ces éléments sont donc, avantageusement, des éléments électroniques ou optoélectroniques tels que ceux trouvés dans le commerce. De façon plus précise, les moyens 15 de traitement comportent un détecteur 15a rapide et de grande sensibilité. Ce détecteur 15a peut être une photodiode ou bien un photomultiplicateur tel que 1'OPTONS X commerclal-sé par la Société HAMAMATSU. Ces moyens 15 de traitements comportent, en outre, un mélangeur apte à homogénéiser la répartition des photons sur le détecteur 15a. En zone accessible A, se trouvent également les moyens permettant de commander les éléments mobiles situés en zone hostile H. Ces moyens de commande comprennent les détecteurs de position 8 et 12 décrits précédemment lorsque ceux-ci sont reliés aux miroirs 5 et 7 par des fibres optiques 8a et 12a. Ils comprennent en outre un système de commande de la mise au point du système de focalisation 13, dans le mode de réalisation où ce système de focalisation est mobile. On va décrire maintenant, un exemple d'application du dispositif de l'invention. Dans cet exemple, la fibre optique 3 de transmission de l'information image est une fibre optique de 50 um de diamètre de coeur. Le système de focalisation 13 est une lentille ayant une focale de 50 mm, ce qui permet d'obtenir, dans ltespace champ, une résolution de 1 mm à 1 m. Un balayage permettant d'obtenir environ 720 points par ligne correspond à une qualité équivalente, sinon meilleure que celle de l'image provenant d'une caméra CCD. On peut remarquer, que ce balayage correspond à un angle de champ de + 200 et à la grande dimension d'une prise de vue en format 24-x 36 mm (format classique en photographie) avec un objectif de 50 mm de focale. Le champ objet correspondant à un mètre, fait 720 mm dans sa dimension correspondant aux lignes. Ce balayage ligne, qui est le plus rapide, donc le plus difficile à réaliser (par rapport au balayage colonne), est effectué au moyen d'un miroir galvanométrique (référence 9 sur la figure) synchrone, fonctionnant à 5 kHz pour un angle de déviation de + 300. La variation sinusoldale de la vitesse de rotation de ce miroir dans le champ à observer de + 20 entraîne une variation de luminosité du signal de 50 % entre le centre et le bord de l'image. Cette variation de luminosité peut être compensée par des moyens électroniques et, en particulier, en jouant sur la tension de polarisation du détecteur. Les signaux lumineux correspondant aux images du champ 1 dé fléchies en Y et en X par les miroirs respectifs 5 et 9 sont donc focalisés par la lentille 13 sur l'entrée 3a de la fibre optique 3 dont le rôle est de transporter ces signaux lumineux de la zone hostile H vers les moyens de traitements 15 situés en zone accessible A. Ainsi, seuls ces éléments situés en zone hostile H doivent être choisis de façon à avoir une bonne tenue au rayonnement. En particulier, les fibres optiques 3, 3a et 12a sont choisies parmi des types de fibres optiques pouvant supporter une dose de rayonnement d'au moins 106 Gy. Tous les éléments situés en zone accessible A sont, au contraire, tout à fait classiques. Un tel dispositif ne nécessite donc pas une maintenance importante, en particulier pour les équipements situés en zone hostile. Cette conception permet des couts de maintenance fortement réduits, ce qui entraîne des coûts globaux d'exploitation particulièrement avantageux. REVENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation pour observer un champ (1), situé à l'intérieur d'une zone hostile (H) soumise à un fort rayonnement nucléaire, depuis une zone accessible (A) protégée de ce rayonnement, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens (5-9-13) de prise d'images aptes à former, en zone hostile, des images successives d'une pluralité de points du champ à observer ; - au moins une fibre optique (3) de transmission ayant une face d'entrée (3a) en zone hostile, et une face de sortie (3b) en zone accessible et qui assure le transport de l'image de chaque point du champ (1) depuis la zone hostile jusqu'à la zone accessible ; et - des moyens de traitement (15) des images du champ, situés en zone accessible. 2. Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de prise d'images comportent, dans la zone hostile, des moyens de déflexion (5-7, 9-11) aptes à défléchir successivement chaque point du champ à observer, ainsi que des moyens de focalisation (13) aptes à focaliser chacun de ces points dé fléchis par les moyens de déflexion sur la face d'entrée de la fibre optique de transmission. 3. Dispositif de visualisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de dé flexion comportent au moins un premier et un second miroirs (9, 5) pour défléchir chaque image, respectivement, selon l'axe X et selon l'axe Y. 4. Dispositif de visualisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que les miroirs sont mobiles, actionnés chacun par un système galvanométrique (11, 7). 5. Dispositif de visualisation selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de prise d'images comportent au moins un détecteur de position (12, 8) associé à chaque miroir pour contrôler la position et la mobilité de ce miroir. 6. Dispositif de visualisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque détecteur de position est relié à un miroir par au moins une fibre optique (12a, 8a) , ledit détecteur étant alors disposé dans la zone accessible. 7. Dispositif de visualisation selon l'une quelconque des revendicatzons 3 à 6, caractérisé en ce que les moyens de focalisation comportent au moins une lentille convergente apte à diriger l'image défléchie en X et en Y vers la face d'entrée de la fibre optique de transmission. 8. Dispositif de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les fibres optiques sont des fibres à coeur de silice pouvant supporter une dose de rayonnement supérieure à 106 Gy. 9. Dispositif de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de fibres optiques ayant des faces d'entrée voisines, et des sorties filtrées en longueur d'onde pour assurer une reconstitution d'une image en couleur du champ à observer.