Brevet FR2793892A1 — publié le 20001124

SYSTÈME D'OBJECTIF À DEUX CHAMPS D'OBSERVATION COMMUTABLES L'invention concerne des systèmes optiques et notamment des systèmes d'objectif à deux champs d'observation commutables. Il est parfaitement connu que la configuration de base pour un système d'objectif à deux champs d'observation commutables comprend une lentille avant et une lentille arrière espacées le long d'un axe optique commun, une lentille intermédiaire étant commutable entre une position d'utilisation, dans laquelle la lentille intermédiaire est située sur l'axe et intercepte l'enveloppe du rayonnement entre les lentilles avant et arrière, et une position de non utilisation, dans laquelle la lentille intermédiaire est située hors de l'enveloppe de rayonnement entre les lentilles avant et arrière. La lentille intermédiaire elle- même est habituellement formée par des éléments de lentille séparés. Un but de la présente invention est de fournir un système d'objectif à deux champs d'observation commutables ayant une forme compacte, comprenant un nombre minimum d'éléments de lentille de sorte qu'il est léger et comporte un agencement simple permettant une focalisation commune des champs d'observation pour des distances variables d'objets, à des températures variables. Conformément à la présente invention, il est prévu un système d'objectif à deux champs d'observation commutables, comprenant une lentille avant et une lentille arrière espacées le long d'un axe optique commun, ainsi qu'une lentille intermédiaire pouvant être commutée entre une position d'utilisation, dans laquelle la lentille intermédiaire est située sur l'axe et intercepte l'enveloppe de rayonnement entre les lentilles avant et arrière, et une position de non utilisation, dans laquelle la lentille intermédiaire est située hors de l'enveloppe de rayonnement entre les lentilles avant et arrière, ce système étant caractérisé en ce que la lentille arrière possède une puissance relativement faible par rapport à la lentille avant et comporte un élément de lentille divergent, qui est situé à proximité de la lentille intermédiaire, et un élément de lentille convergent, qui est situé à distance de la lentille intermédiaire, en ce que la lentille intermédiaire et l'élément de lentille divergent sont portés conjointement par un premier support qui est déplaçable axialement de manière à réaliser une mise au point du système d'objectif pour chacun de ses champs d'observation, et en ce que l'élément de lentille convergent est monté sur un second support qui est déplaçable axialement de manière à rendre athermique le système d'objectif pour chacun de ses champs d'observation. De préférence, le premier support est relié mécaniquement à une unité d'entraînement actionnée par un opérateur, tandis que le second support est raccordé à une unité de commande passive pour rendre automatiquement athermique le système. De façon appropriée, l'unité de commande passive est actionnée par un élément quelconque parmi des bandes bimétalliques thermosensibles, des tiges à dilatation élevée/à faible dilatation ou des matières plastiques de montage, d'une manière connue en soi. De préférence, la lentille avant est rendue achromatique. Par exemple il peut s'agir d'un seul élément de lentille comportant une surface de diffraction et/ou une surface asphérique ou bien il peut s'agir d'un couple d'éléments de lentille réalisés dans des matériaux différents. De préférence, la lentille arrière est divergente de sorte que le système est plus court que la configuration classique de Petzval à deux éléments, avec une performance hors axe modérée du système d'objectif. Sinon la lentille arrière est convergente, ce qui permet d'obtenir une performance hors axe améliorée du système d'objectif. De préférence, le système d'objectif transmet la gamme des longueurs d'ondes de l'infrarouge thermique, et les lentilles sont réalisées dans des matériaux appropriés transmettant le rayonnement infrarouge. De façon appropriée, toutes les lentilles sont réalisées en germanium. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront au cours de la description donnée ci-après d'une de ses formes de réalisation donnée à titre d'exemple, en regard du dessin joint. Sur le dessin : - la figure 1 représente un système d'objectif à deux champs d'observation commutables dans sa position de réglage sur champ étroit ; et - la figure 2 représente le système de la figure 1, dans sa position de réglage sur champ large. Comme cela est représenté sur le dessin, un système d'objectif 20 à deux champs d'observation commutables comprend une lentille avant A et une lentille arrière C qui sont espacées le long d'un axe optique commun 21, ainsi qu'une lentille intermédiaire B pouvant être commutée dans une position d'utilisation représentée sur la figure 2, selon laquelle la lentille B est située sur l'axe et intercepte l'enveloppe de rayonnement 22 entre les lentilles A et C, et une position de non utilisation représentée sur la figure 1, selon laquelle la lentille B est située hors de l'enveloppe de rayonnement 22. Le système 20 est agencé de manière à produire une image réelle dans un plan focal Ef dans lequel la surface d'un détecteur est située, le détecteur faisant partie d'un système de détection thermique 23 qui est sensible au rayonnement situé dans la gamme des longueurs d'ondes de l'infrarouge thermique, notamment 8-12 pm, de sorte que le système d'objectif fait partie d'un dispositif d'imagerie thermique. Le système de détection 23 comporte une fenêtre D destinée à recevoir le rayonnement de formation d'image et peut être refroidi ou non refroidi. Les systèmes non refroidis 23 sont comparativement insensibles, ce qui signifie que le système 20 possède une grande ouverture numérique. La lentille avant A est convergente et la lentille arrière C, qui possède deux éléments de lentille 24, 25, possède une puissance relativement faible par rapport à la lentille A, mais peut être soit convergente, soit divergente. Lorsqu'elle est divergente, le système 20 est plus court que la configuration classique de Petzval à deux éléments et présente une performance hors axe modérée, en ce sens qu'au niveau des bords de l'image contenue dans le plan focal E, la performance représente environ 60,% de la performance limitée de diffraction. La longueur du système Petzval est égale à 1,4 x la distance focale, tandis que les éléments 24, 25 peuvent avoir une longueur comprise entre 1,0 et 1,25 x la distance focale. Lorsque la lentille C est convergente, le système 20, bien qu'étant plus long que la configuration classique de Petzval à deux éléments, présente une performance hors axe nettement améliorée, en ce sens qu'au niveau du bord de l'image contenue dans le plan focal E, la performance représente environ 75 % de la performance limitée de diffraction. Que la lentille C soit convergente ou divergente, elle peut comporter une ou plusieurs surfaces asphériques de manière à fournir une meilleure correction hors axe. L'élément de lentille 24 (qui possède des surfaces réfringentes S7, S8) est divergent et est situé à proximité de la lentille intermédiaire B, tandis que l'élément de lentille 25 (qui comporte des surfaces réfringentes S9, S10) est convergent et est situé à distance de la lentille B. La lentille intermédiaire B et l'élément de lentille divergent 24 sont portés conjointement par un premier support 28 qui est déplaçable le long de l'axe 21 de manière à effectuer la mise au point du système 20 lorsque son champ d'observation est étroit (figure 1) et lorsque son champ d'observation est large (figure 2), et, à partir de là, on comprendra qu'un déplacement de la lentille intermédiaire B entre sa position d'utilisation et sa position de non utilisation est indépendante de la position axiale du support 28. Le support 28 est connecté mécaniquement à une unité de commande 29 actionnée par un opérateur, de sorte qu'un opérateur peut déplacer le support 28 dans la direction axiale de manière à réaliser une mise au point de la distance du système 20 pour chacun de ses champs d'observation. Par conséquent il n'est pas nécessaire d'effectuer une nouvelle mise au point du système 20 lors de la commutation des champs d'observation, et cela quelle que soit la distance de l'objet. L'élément de lentille convergent 25 est monté sur un second support 30 qui est déplaçable axialement par l'intermédiaire de l'unité d'entraînement 31 de manière à rendre athermique le système 20 pour chacun de ses champs d'observation. L'unité d'entraînement 31 peut être active, c'est-à-dire agencée pour être actionnée manuellement par un opérateur, mais est de préférence passive et est actionnée par des composants thermosensibles de manière à se déplacer automatiquement sans intervention d'un opérateur. Ces éléments thermosensibles peuvent avoir n'importe quelle forme connue et se présenter par exemple sous la forme de lames bimétalliques. La lentille intermédiaire B se compose d'éléments de lentille séparés 26, 27 ayant respectivement des surfaces réfringentes S3, S4 et S5, S6. De préférence, la lentille avant A est rendue achromatique et, lorsque la lentille A est constituée par un seul élément (possédant des surfaces réfringentes SI et S2), comme cela est représenté, ceci peut être obtenu par le fait que sa surface réfringente S2 située le plus à l'intérieur comporte une surface de diffraction superposée à une surface asphérique. En variante, la lentille A peut se composer de deux éléments de lentille sous la forme d'un doublet, les éléments étant formés dans des matériaux différents. Un exemple numérique spécifique d'un système d'objectif conforme à la présente invention est indiqué dans le tableau 1 donné ci-après. Le système relatif au tableau 1, en ce qui concerne son réglage en champ étroit (figure 2), possède une distance focale de 177 mm et un champ d'observation de 6' et, en ce qui concerne son réglage en champ large, possède une distance focale de 60 mm et un champ d'observation de 18,4'. Les surfaces réfringentes S2, S4, S5, S6, S7 et S10 sont asphériques et présentent les paramètres indiqués dans le tableau I, et la surface S2 porte en outre un hologramme de relief de surface conçu conformément à une fonction de phase ayant une longueur d'onde de construction de 9,6 pm avec le faisceau diffracté selon une diffraction d'ordre 1. La fonction de phase met en corrélation la différence de trajet optique (OPD) avec la distance Y à partir du sommet de la surface, conformément à l'équation : OPD h2.y 2 + h4 y4 + h6. y6 + hs.Y' + hio.Y10 avec h2 x 10-5 h6 = +0,24452 x 10-13 h4 x 10-9 h8 = +0,36506 x 10-16 hlO X 10-20 TABLEAU I Elément Matériau Surface RaVon Sép ration A Ge si +198,7 0,000 S2 +328,5* 8,0 26 Ge S3 -77,9 89,0 S4 +289,5* 1,99 27 Ge S5 +101,0* 21,4 S6 -190,8* 4,1 24 Ge S7 +138,9* 9,3 S8 +56,03 2,2 25 Ge S9 +53,9 18,8 sio +110,0* 4,9 D Ge Sil Plan 24,9 IS12 Plan 1,3 E IS13 Plan 1,3 Les surfaces S2, S4, S5, S6, S7 et S10 sont des surfaces asphériques définies par l'équation avec Z déviation de la surface, C = rayon -1 , Y étant la distance par rapport au sommet de la surface et K, a, P et y les coefficients suivants : REVENDICATIONS 1. Système d'objectif (20) à deux champs d'observation commutables, comprenant une lentille avant (A) et une lentille arrière (C) espacées le long d'un axe optique commun, ainsi qu'une lentille intermédiaire (B) pouvant être commutée entre une position d'utilisation, dans laquelle la lentille intermédiaire est située sur l'axe et intercepte l'enveloppe de rayonnement entre les lentilles avant et arrière (A, C), et une position de non utilisation, dans laquelle la lentille intermédiaire est située hors de l'enveloppe de rayonnement entre les lentilles avant et arrière, caractérisé en ce que la lentille arrière (C) possède une puissance relativement faible par rapport à la lentille avant (A) et comporte un élément de lentille divergent (24), qui est situé à proximité de la lentille intermédiaire, et un élément de lentille convergent (25), qui est situé à distance de la lentille intermédiaire (B), en ce que la lentille intermédiaire (B) et l'élément de lentille divergent (24) sont portés conjointement par un premier support (28) qui est déplaçable axialement de manière à réaliser une mise au point du système d'objectif pour chacun de ses champs de vision, et en ce que l'élément de lentille convergent (25) est monté sur un second support (30) qui est déplaçable axialement de manière à rendre athermique le système d'objectif (20) pour chacun de ses champs de vision. 2. Système d'objectif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier support (28) est relié mécaniquement à une unité d'entraînement (29) actionnée par un opérateur, tandis que le second support (30) est raccordé à une unité de commande passive pour rendre automatiquement athermique le système (20). 3. Système d'objectif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de commande passive est actionnée par un élément quelconque parmi des lames bimétalliques thermosensibles, des tiges à dilatation élevée/ à faible dilatation ou des matières plastiques de montage, d'une manière connue en soi. 4. Système d'objectif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la lentille avant (A) est rendue achromatique. 5. Système d'objectif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la lentille arrière (C) est divergente de sorte que le système (20) est plus court que la configuration classique de Petzval à deux éléments, avec une performance hors axe modérée du système d'objectif. 6. Système d'objectif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la lentille arrière (C) est convergente ce qui permet d'obtenir une performance hors axe améliorée du système d'objectif. 7. Système d'objectif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les paramètres indiqués dans le tableau suivant : Elément Matériau Surface Ravon Séparation A Ge si +198,7 0,000 S2 +328,5* 8,0 26 Ge S3 -77,9 89,0 S4 +289,5* 1199 27 Ge S5 +101,0* 21,4 S6 -190,8* 4,1 24 Ge S7 +138,9* 9,3 S8 +56,03 2,2 25 Ge S9 +53,9 18,8 Sio +11010* 4,9 D Ge Sil Plan 24,9 S12 Plan 1,3 IE jS13 lPlan 1 1,3 les surfaces S2, S4, S5, S6, S7 et S10 étant des surfaces asphériques définies par l'équation avec Z déviation de la surface, C = rayon-', Y étant la distance par rapport au sommet de la surface et Ki, (x, P et y les coefficients suivants :