Brevet FR2780166A1 — publié le 19991224

SYSTEME D'IMAGERIE OPTIQUE L'invention concerne des sytèmes optiques et en particulier des systèmes d'imagerie optique qui sont capables de former des images à spectres multiples. Conformément à la présente invention, il est prévu un système d'imagerie à spectres multiples et à deux étages, comprenant un objectif réfléchissant et un relais réfléchissant alignés sur un axe optique commun, l'objectif étant agencé de manière à former une image intermédiaire et le relais étant agencé de manière à délivrer un rayonnement de formation d'image émanant de l'image intermédiaire en direction d'un plan focal, caractérisé en ce que l'objectif est formé par un grand miroir concave principal qui présente une ouverture axiale, et par un petit miroir secondaire disposé d'une manière générale sous la forme d'un objectif "Cassegrain", en ce que le relais est formé par un couple de miroirs situés en vis-à-vis, dont chacun possède une ouverture axiale de manière à permettre au rayonnement de pénétrer dans le relais et d'en sortir, et le relais étant positionné de manière à définir un espace entre lui- même et le plan focal de manière à loger, si cela est souhaitable, un système optique diviseur sélectif du point de vue de la gamme de longueurs d'ondes. De préférence, un diaphragme de champ est situé au niveau de la partie centrale ouverte du miroir d'objectif principal. De préférence, une lentille de champ, qui peut transmettre toutes les gammes de longueurs d'ondes spectrales désirées, est disposée au voisinage de l'image intermédiaire au niveau de la partie centrale ouverte du miroir d'objectif principal, pour former une image pupillaire. De préférence, des systèmes optiques diviseurs sélectifs pour les gammes de longueurs d'ondes sont prévus au niveau d'une pupille dans ledit espace, ledit système optique comprenant au moins un miroir dichroique disposé de manière à transmettre des longueurs d'ondes plus grandes et à réfléchir des longueurs d'ondes plus courtes. De façon appropriée, le miroir dichroique transmet des gammes de longueurs d'ondes dans l'infrarouge moyen et/ou l'infrarouge lointain. Dans le cadre de ce que l'on comprend comme étant un système "Cassegrain", le miroir secondaire de l'objectif peut avoir d'une manière générale une forme plane ou bien peut être convexe. En outre les "miroirs" qui possèdent une ouverture sont constitués soit par un substrat pourvu d'un trou ou d'une ouverture, soit par un substrat qui transmet le rayonnement dans les gammes de longueurs d'ondes considérées à l'emplacement de l'ouverture. Les miroirs relais sont de préférence concaves. Les différents miroirs, ainsi que le boîtier du système, sont réalisés dans le même matériau de sorte que le système est en soi athermique. Par ailleurs, lorsque le boîtier est fermé de façon étanche et qu'une pénétration du rayonnement s'effectue par l'intermédiaire d'une fenêtre, il peut être nécessaire de compenser les effets chromatiques et thermiques du système si la fenêtre est alimentée optiquement (comme cela serait le cas si la fenêtre avait une forme de dôme), auquel cas il est préférable de réaliser l'un des miroirs du système sous la forme d'un miroir Mangin, par exemple un miroir relais. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple, en référence au dessin schématique annexé. Comme cela est représenté sur le dessin, un système d'imagerie à spectres multiples 10, à alignement axial et à deux étages, comprend un objectif réfléchissant 9 comportant des miroirs A, B disposés sous la forme d'un objectif "Cassegrain". Le miroir principal A possède une ouverture au niveau de l'axe optique 11 du système et est concave, tandis que le miroir secondaire B est convexe, ce qui permet d'avoir une image intermédiaire résultante en 12, qui est nominalement plane. Le second étage du système 10 est formé par un relais réfléchissant 8 comportant des miroirs C, D situés en vis-à-vis, dont chacun possède une ouverture axiale de manière à permettre au rayonnement lumineux de pénétrer dans le relais 8 et d'en sortir. Le miroir C, qui forme la troisième surface réfléchissante du système 10 vis- à-vis du rayonnement reçu de l'espace objet 7, est disposé axialement sur le côté arrière de l'objectif 9, et un espace est prévu entre le miroir C et le plan focal du système 10 pour loger un système optique diviseur 6 sélectif du point de vue des gammes de longueurs d'ondes et qui, de façon appropriée, est situé au niveau d'une pupille, de sorte que le système optique 6 est compact. Le système optique 6 est formé par un miroir dichroique E qui transmet des longueurs d'ondes plus grandes (comme par exemple l'infrarouge moyen et/ou l'infrarouge lointain), lesquelles sont ensuite transmises par une lentille secondaire F en direction d'un détecteur approprié G. L'élément G fonctionne de façon typique sans refroidissement (et la lentille F est prévue de manière à accroître l'ouverture numérique), mais pourrait être remplacé par un détecteur refroidi comportant un écran de protection contre le froid. Un rayonnement de courte longueur d'ondes, réfléchi par le miroir E, est envoyé vers un dispositif à prisme H qui comprend un diviseur de faisceau J de sorte que le rayonnement est à la fois transmis et réfléchi. Le diviseur de faisceau J peut être dichroique. Le rayonnement transmis par l'élément J est envoyé vers un dispositif à couplage de charges K formant un amplificateur d'images, tandis que le rayonnement réfléchi par l'élément J est envoyé vers un oculaire L d'observation directe qui reçoit une image injectée par un dispositif d'injection électrique M. L'image injectée peut être une marque de ligne de visée ou l'image intensifiée délivrée par le dispositif K. Dans le cas o le détecteur G n'est pas refroidi et détecte le rayonnement dans la gamme de longueurs d'ondes de 8-13 micromètres, il est prévu une lame vibrante oscillante 13 située en avant de la lentille F et prévue de manière à empêcher que le détecteur G soit saturé sous l'effet de l'accumulation continue de chaleur. En outre, un disque rotatif 14 est prévu de manière à effectuer un micro- balayage qui réduit de façon efficace la taille des pixels au niveau du détecteur. Le disque 14 comporte une succession de fenêtres de transmission avec des angles différents sur sa périphérie. Une lentille de champ N, qui réalise une transmission dans toutes les gammes de longueurs d'ondes spectrales désirées (dans ce cas l'infrarouge moyen, l'infrarouge lointain et l'infrarouge proche) est située au voisinage de l'image intermédiaire 12, dans la partie centrale ouverte du miroir d'objectif principal A, de manière à former une image pupillaire, étant donné que cela est requis par le système optique de formation d'images 6. En plus, dans cette forme de réalisation, la lentille N est reliée au miroir A de manière à former un diaphragme de champ. Les miroirs A et D sont représentés comme étant supportés dos-à-dos par un seul élément physique qui supporte également la lentille N. Cependant, tout en continuant à former un seul élément, le miroir D peut être situé entre les miroirs A et B, étant donné que dans la direction radiale, les miroirs A et D ne se chevauchent pas de manière significative. REVENDICATIONS 1. Système d'imagerie à spectres multiples et à deux étages, comprenant un objectif réfléchissant (9) et un relais réfléchissant (8) alignés sur un axe optique commun (11), l'objectif (9) étant agencé de manière à former une image intermédiaire et le relais (8) étant agencé de manière à délivrer un rayonnement de formation d'image émanant de l'image intermédiaire en direction d'un plan focal, caractérisé en ce que l'objectif (9) est formé par un grand miroir concave principal (A) qui présente une ouverture axiale et par un petit miroir secondaire (B) disposé d'une manière générale sous la forme d'un objectif "Cassegrain", en ce que le relais (8) est formé par un couple de miroirs (C,D) situés en vis-à-vis, dont chacun possède une ouverture axiale de manière à permettre au rayonnement de penetrer dans le relais et d'en sortir, et le relais (8) étant positionné de manière à définir un espace entre lui-même et le plan focal de manière à loger, si cela est souhaitable, un système optique diviseur (6) sélectif du point de vue de la gamme de longueurs d'ondes. 2. Système d'imagerie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un diaphragme de champ est situé au niveau de la partie centrale ouverte du miroir d'objectif principal (A). 3. Système d'imagerie selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une lentille de champ (N), qui peut transmettre toutes les gammes de longueurs d'ondes spectrales désirées, est disposée au voisinage de l'image intermédiaire, au niveau de la partie centrale ouverte du miroir d'objectif principal (A), pour former une image pupillaire. 4. Système d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des systèmes optiques diviseurs (6) sélectifs pour les gammes de longueurs d'ondes sont prévus au niveau d'une pupille dans ledit espace, ledit système optique comprenant au moins un miroir dichroique (E) disposé de manière à transmettre des longueurs d'ondes plus grandes et à réfléchir des longueurs d'ondes plus courtes. 5. Système d'imagerie selon la revendication 4, caractérisé en ce que le miroir dichroique (E) transmet des gammes de longueurs d'ondes dans l'infrarouge moyen et/ou l'infrarouge lointain. 6. Système d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les différents miroirs, ainsi que le boitier eu système (10), sont réalisés dans le même matériau de sorte que le système est en soi athermique. 7. Système d'imagerie selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boîtier est fermé de façon étanche et la pénétration du rayonnement s'effectue par l'intermédiaire d'une fenêtre alimentée optiquement, les effets chromatiques et thermiques du système étant compensés grâce à la réalisation de l'un des miroirs du système sous la forme d'un miroir Mangin.