Brevet FR2925174A1 — publié le 20090619

Miroir d'imagerie, procédé de fabrication et application à un système d'imagerie laser L'invention se rapporte à un miroir d'imagerie optique, son procédé de fabrication et son application à un système d'imagerie laser. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans les systèmes de traitement de cibles par faisceaux optiques lasers, on a besoin de diriger précisément le faisceau laser. On peut donc avoir besoin de connaître précisément le point d'impact du faisceau de traitement sur la cible. Pour cela, il est connu d'utiliser des systèmes d'imagerie permettant d'avoir une image de la cible et du point d'impact du faisceau de traitement sur la cible. Le système peut alors modifier l'orientation du faisceau de traitement en fonction de l'image obtenu. Pour réaliser cette imagerie, les systèmes connus utilisent généralement un séparateur de faisceau qui permet de transmettre le faisceau de traitement vers la cible, qui reçoit de la lumière réfléchie de la cible et qui réfléchit cette lumière vers un dispositif d'acquisition d'images. L'inconvénient de tels systèmes est que le séparateur introduit des pertes dans le trajet du faisceau de traitement ou ne supporte pas l'éclairement appliqué. L'invention permet de résoudre cet inconvénient. L'invention a pour objet un système de réflexion permettant d'utiliser les mêmes optiques pour la transmission du faisceau de traitement et pour l'imagerie. Elle a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel système de réflexion. Elle concerne également une architecture d'imagerie optique appliquant le système de réflexion optique selon l'invention. RESUME DE L'INVENTION L'invention a donc pour objet un miroir pour imagerie optique. Ce 3o miroir comporte un dispositif de réflexion possédant une face réfléchissante. Ledit dispositif de réflexion incorpore un dispositif d'émission lumineuse dont une extrémité d'émission est située dans ladite face réfléchissante dans une zone qui est peu ou n'est pas réfléchissante. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le dispositif d'émission est une fibre optique émettrice ou un assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices dont une extrémité affleure à ladite face réfléchissante. La surface de ladite extrémité constitue ladite zone peu ou pas réfléchissante. La face réfléchissante et la surface de ladite extrémité sont dans un même plan et sont inclinées par rapport à l'axe de la fibre optique émettrice ou de l'assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices. Selon une forme de réalisation de l'invention, ledit dispositif de réflexion est en matériau à base de verre ou matériau synthétique. Selon une variante de réalisation du miroir selon l'invention, ledit dispositif de réflexion comporte un assemblage de fibres optiques qui enserrent la fibre optique émettrice (ou ledit assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices). Selon une variante de réalisation ledit dispositif de réflexion comporte une face revêtue d'un réseau de diffraction en volume, lequel comporte un trou dans ladite zone pour le passage de l'extrémité d'émission du dispositif d'émission lumineuse. L'invention concerne ,également un procédé de réalisation du miroir selon l'invention tel que décrit précédemment. Ce procédé comporte les étapes suivantes: - mise en place de la fibre optique émettrice ou de l'assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices dans ledit dispositif de réflexion, - usinage dudit dispositif de réflexion pour obtenir une face transverse par rapport à la fibre optique émettrice (ou à l'assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices), - traitement réfléchissant de ladite face transverse pour réaliser ladite face réfléchissante, - transmission d'un faisceau optique énergétique par ladite fibre optique émettrice (ou de l'assemblage fibres optiques émettrices) pour détériorer le traitement réfléchissant dans la zone de la face réfléchissante correspondant à la zone d'émission de la fibre optique émettrice (ou de l'assemblage fibres optiques émettrices). 3 Selon une forme de réalisation du procédé selon l'invention, l'étape de mise en place de ladite fibre optique émettrice (ou de l'assemblage fibres optiques émettrices) dans ledit dispositif de réflexion se fait par moulage. Selon une variante de réalisation du procédé selon l'invention, l'étape de mise en place dans ledit dispositif de réflexion se fait par mise en place de ladite fibre optique émettrice (ou de l'assemblage fibres optiques émettrices) au sein d'un ensemble de fibres puis par solidarisation des fibres entre elles. L'invention a également pour objet un système d'imagerie optique appliquant le miroir décrit précédemment ou son procédé de réalisation. Dans ce système d'imagerie ladite fibre optique émettrice (ou l'assemblage de fibres optiques émettrices) est destinée à émettre un faisceau lumineux de traitement vers une première zone d'une cible. Ce système d'imagerie comporte: - une source lumineuse d'imagerie émettant un faisceau lumineux d'imagerie qui est destiné à éclairer ladite cible selon une deuxième zone de surface supérieure à ladite première zone et englobant cette première zone, - un appareil de prise de vues orienté vers ladite face réfléchissante constituant un premier miroir et destinée à recevoir de la lumière réfléchie par ladite cible vers ce premier miroir. Selon une variante de réalisation, ce système d'imagerie peut comporter également: -au moins un deuxième miroir recevant ledit faisceau de traitement, le réfléchissant en vue d'éclairer la première zone, ce dit deuxième miroir permettant d'orienter ledit faisceau d'éclairement vers ladite première zone de la cible, - un système de commande permettant de commander 30 l'orientation du deuxième miroir en fonction d'une image reçue par l'appareil de prise de vue. Selon une autre variante de réalisation, ce système d'imagerie peut comporter un troisième miroir destiné réfléchir vers ladite cible la lumière reçue du deuxième miroir, ou inversement à réfléchir vers le 35 deuxième miroir la lumière reçue de la cible, ledit système de commande 4 permettant de commander l'orientation de ce troisième miroir en fonction de l'image reçue par l'appareil de prise de vue pour permettre de régler la focalisation du faisceau reçu du deuxième miroir. Selon une autre variante de réalisation, ce système d'imagerie 5 peut comporter un quatrième miroir recevant la lumière reçue du premier miroir et la réfléchissant vers l'appareil de prise de vues. Selon une forme de réalisation de ce système d'imagerie selon l'invention, ledit faisceau lumineux de traitement est à une première longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes, ledit faisceau lumineux d'imagerie 10 est à une deuxième longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes différentes de la première longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes, le système comportant en outre un filtre spectral situé entre le premier miroir et l'appareil de prise de vue et permettant la transmission de la deuxième longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes seulement à l'appareil de 15 prise de vues. L'invention a également pour objet un système de commande de plusieurs sources lumineuses appliquant le système d'imagerie ainsi décrit. Ce système comporte au moins deux sources lasers. Chaque source laser comporte un système de pointage indépendant. Le 20 système de commande comporte en outre un circuit de commande centrale permettant de commander les systèmes de pointage de chaque source laser. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES • Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: • la figure 1, un exemple de réalisation d'un miroir pour imagerie optique selon l'invention, • les figures 2a et 2b, un exemple de procédé de réalisation selon l'invention du miroir de la figure 1, • les figures 3a et 3b, une variante de réalisation du procédé de réalisation selon l'invention, • la figure 4, une variante de réalisation du miroir pour imagerie optique selon l'invention, 25 30 • la figure 5, un système de pointage optique appliquant le miroir selon l'invention, • la figure 6, une application du système de l'invention à la commande de plusieurs sources lumineuse. DESCRIPTION DETAILLEE En se reportant à la figure 1, on va donc décrire tout d'abord un exemple de réalisation d'un miroir pour imagerie optique selon l'invention. Le miroir M1 est un bloc possédant une surface réflectrice 1. La surface 1 est munie d'une zone z1 non réflectrice ou peu réflectrice comparée à l'ensemble de la surface 1. Dans ces conditions une source optique peut émettre un faisceau lumineux à travers cette zone z1. En revanche, la lumière incidente sur le miroir M1 est réfléchie par la surface réflectrice 1 sauf par la zone z1. La figure 1 représente également un mode de fonctionnement simplifié du miroir MI. A titre d'exemple, une fibre optique 2 traverse le miroir M1 et elle possède une extrémité d'émission qui est située dans la zone z1. Selon l'exemple de réalisation de la figure 1, la fibre optique 2 émet un faisceau FS1 vers une zone localisée d'une cible Cl. Par ailleurs la cible Cl est éclairée par un faisceau lumineux d'imagerie FE1. En échange, la cible Cl réfléchit un faisceau FR1. Celui-ci est réfléchi par la surface 1 du miroir M1 sous la forme du faisceau FR2 vers un dispositif de prise de vues 3, L'image affichée 4 est donc l'image de la cible. De plus, la portion du faisceau FR1 qui atteint le miroir dans la zone z1 n'est pas (ou pratiquement pas) réfléchie par le miroir M1. On a donc, dans l'image 4 de la cible, une zone 5 moins lumineuse. Cette zone correspond à l'impact du faisceau FS1 sur la cible. Le système d'imagerie de la figure 1 permet donc de visualiser la zone d'impact sur la cible Cl du faisceau FS1 émis par la fibre optique 2. En visualisant l'image 4 obtenue par le dispositif de prise de vues, un opérateur ou un système de traitement d'image peut donc modifier la zone d'impact sur la cible en modifiant l'orientation et/ou la focalisation du faisceau FS1. 6 Les figures 2a et 2b illustrent un exemple de procédé de réalisation du miroir M1 de la figure 1. Au cours d'une première étape, la fibre optique 2 est noyée dans un bloc B1. Avantageusement, ce bloc peut être en verre (ou en saphir / nitrure pour les propriétés thermiques de ces matériaux) ou en résine synthétique. Au cours d'une deuxième étape, le bloc est usiné de façon à réaliser la face 1 inclinée par rapport à l'axe de la fibre. Une extrémité de la fibre affleure donc à la surface de la face 1. Avantageusement, la face 1 et l'axe de la fibre 2 font un angle de 45 degrés (ce n'est pas une obligation !!!). Au cours d'une troisième étape, un traitement réfléchissant est réalisé sur la face 1. Par exemple, la face 1 est revêtue d'une couche métallisée. Au cours d'une quatrième étape, la zone z1 non réfléchissante ou faiblement réfléchissante est réalisée à l'emplacement de l'extrémité d'affleurement de la fibre optique 2. Avantageusement, cette zone z1 est réalisée en transmettant par la fibre optique un faisceau lumineux suffisamment énergétique pour détruire le traitement réfléchissant de la face 1 dans cette zone z1. Les figures 3a et 3b illustrent une variante du procédé de réalisation du miroir selon l'invention. Au cours d'une première étape, la fibre 2 est placée à l'intérieur d'un ensemble de fibres 6.1 à 6.n et l'ensemble est rendu solidaire. Par exemple, les différentes fibres sont collées entre elles ou font l'objet d'un recuit. Au cours d'une deuxième étape, cet ensemble de fibres est usiné de façon à réaliser une face plane inclinée par rapport à l'axe de la fibre. Les extrémités des fibres, telle que l'extrémité e6.7 de la fibre 6.7 affleurent donc dans ce plan. En particulier, une extrémité de la fibre 2 affleure donc à la surface de ce plan. Comme précédemment, avantageusement cette face et l'axe de la fibre 2 font un angle de 45 degrés (même observation que précédemment). Au cours d'une troisième étape, un traitement réfléchissant est réalisé sur les extrémités des fibres telles que l'extrémité e6.7. Par exemple, 35 les extrémités des fibres sont revêtues d'une couche métallisée. 7 Au cours d'une quatrième étape, l'extrémité de la fibre 2, qui correspond à la zone z1 dans la description qui précède, est rendue non réfléchissante ou faiblement réfléchissante. Par exemple, si cette extrémité a été rendue réfléchissante comme les autres extrémités de fibres lors de l'étape précédente, un faisceau lumineux suffisamment énergétique est transmis par la fibre 2 pour détruire le traitement réfléchissant de cette extrémité. Avantageusement, lors de la première étape (assemblage des fibres), les fibres optiques sont noyées dans une résine qui solidarise les fibres entre elles. Les espaces entre fibres optiques sont donc remplis de résine. La face inclinée du dispositif de la figure 3b est alors une face uniforme qui est rendue entièrement réfléchissante (sauf la zone z1). Les exemples de réalisation qui précèdent ont été décrits avec une fibre optique 2. Cependant, l'invention est applicable à la réalisation d'un système dans lequel au lieu d'avoir une seule fibre 2, on a un ensemble de plusieurs fibres optiques accoléès. La zone z1 correspond à l'ensemble des extrémités d'émission de ces fibres. La figure 4 représente une variante de réalisation d'un miroir pour imagerie optique selon l'invention. Il comporte une lame support SI dont une face est revêtue d'une couche d'un matériau polymère dans laquelle un réseau de diffraction en volume a été enregistré (réseau de Bragg). De plus, un trou Ti traverse la lame support et le réseau de diffraction de façon à permettre la mise en place d'une fibre (ou d'un ensemble de fibres) dont l'extrémité d'émission permette une émission lumineuse par la zone z1. En se reportant à la figure 5, on va maintenant décrire un système de pointage appliquant le miroir selon l'invention et permettant d'orienter convenablement une source lumineuse. Une source S1 émet un faisceau lumineux FS1 à travers un premier miroir M1. Ce miroir est tel que celui qui a été décrit précédemment en se reportant à la figure 1. La zone d'émission z1 de ce faisceau lumineux à travers le miroir n'est donc pas réfléchissante ou faiblement réfléchissante. Un deuxième miroir M2 destiné à orienter le faisceau, réfléchit celui-ci vers un troisième miroir M3 qui permet de focaliser le faisceau vers la zone Z1 à traiter de la cible Cl. 8 Une source de réglage de pointage El émet un faisceau lumineux FEI qui éclaire la cible Cl selon une zone d'éclairement Z2 de surface. Cette zone z2 possède une surface nettement supérieure à celle de la zone Z1 et englobe celle-ci. Une partie au moins de la lumière du faisceau FE1 est réfléchie par la cible vers le miroir M3 qui la réfléchit vers le miroir M2. Cette lumière est ensuite réfléchie par le miroir M1, puis par un miroir M4 vers un appareil de prise de vues CA. Cependant, comme cela a été précisé précédemment, la zone z1 du miroir M1 par lequel le faisceau FS1 a été émis est peu réfléchissante. L'appareil de prise de vues CA reçoit donc une image de la cible dans laquelle l'image de la zone Z1 éclairée par le faisceau FS2 apparaît moins lumineuse ou de couleur différente que le reste de l'image de la cible. L'image obtenue par l'appareil de prise de vues permet ainsi de localiser l'emplacement de la zone Z1 qui est éclairée par le faisceau FS2. Cette image est transmise à un circuit de traitement CT qui identifie la dimension de la zone Z1 éclairée et sa position sur la cible. Le circuit de traitement CT peut alors commander, par la liaison ctl , l'orientation du miroir M2 pour modifier la direction du faisceau FS2. II peut également commander, par la liaison ct2, le miroir M3 pour effectuer un réglage de la focalisation. Avantageusement, les longueurs d'ondes émises par les sources SI et El sont de valeurs différentes. Notamment, la longueur d'onde émise par la source El n'est pas contenue dans la gamme de longueurs d'ondes de la source SI. L'invention prévoit alors un filtre spectral FI qui permet le passage de la longueur d'onde (ou de la gamme de longueurs d'ondes) émise par la source El vers l'appareil de prise de vues. On diminue ainsi les risques de retours de longueurs d'ondes du faisceau FS2 et réfléchies par la cible pour éviter de détériorer l'image captée par l'appareil de prise de vues. Par exemple, la longueur d'onde d'émission de la source El pourra être de 1,5 micromètre et la source SI pourra émettre autour de 1,08 micromètre. L'invention est avantageusement applicable à un système de traitement par faisceau laser dans lequel le faisceau FS1 émis par la fibre 2 9 (ou un ensemble de fibres) a pour objet d'effectuer un traitement sur une cible distante (figure 1) Elle est également applicable à un système faisant intervenir plusieurs sources lasers commandables indépendamment les unes des autres en orientation et en focalisation. Par exemple, elle est applicable à un système dans lequel les sources lasers sont localisées dans des emplacements géographiquement différents. La figure 6 représente un agencement de sources lumineuses appliquant le système de l'invention. Chaque source lumineuse S1, S2 ..., SN comporte une source laser à fibres optiques et au moins une optique de focalisation. Un circuit de commande central CC permet de commander une pré-orientation et une pré-focalisation de chaque source lumineuse de façon que les différents faisceaux émis par ces sources soient sensiblement dirigés vers une même zone d'une cible Cl à traiter. Ce pré-pointage se fait à partir de données fournies par un système d'imagerie IR qui couvre un champ de 1 à 3 degrés avec une précision de l'ordre de 500 pradians pour un écart type à 3a. Selon l'invention, chaque source lumineuse, telles que les sources S1 à SN de la figure 6, possède en outre un système de pointage ainsi décrit en relation avec la figure 5. Dans ce cas, le circuit de commande central CC de la figure 6 permet de réaliser une première étape d'orientation des différentes sources S1 à SN. Ensuite, les circuits de traitement CT commandent une orientation plus précise des faisceaux émis par les différentes sources S1 à SN. . Selon cet agencement, les différentes sources peuvent donc être disposées n'importe où spatialement par rapport à la cible. Avantageusement, chaque source est équipée dans un boîtier individuel. Ce type d'architecture permet ainsi une conception modulaire 30 optimale. Selon une variante de réalisation, l'invention prévoit également d'équiper les sources lasers d'un système de pointage, tel que celui de la figure 5, qui permette de diriger les différents faisceaux lumineux vers la zone Z1 de la cible Cl. 10 Avantageusement, ces systèmes de pointage coopèrent avec le circuit de commande central CC. Si chacune de ces voies est équipée d'un capteur d'imagerie active à une longueur d'onde proche, 1,5 micromètre par exemple, il est possible de régler en temps réel la focalisation et le pointage fin ce qui permet de traiter simultanément les problèmes d'asservissement et de correction des effets des turbulences atmosphériques afin d'optimiser le dépôt d'énergie sur la cible.10 REVENDICATIONS 1. Miroir pour imagerie optique caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réflexion (MI) possédant une face réfléchissante (1), ledit dispositif de réflexion incorporant un dispositif d'émission lumineuse (2) dont une extrémité d'émission est située dans ladite face réfléchissante dans une 5 zone (z1) qui est peu ou n'est pas réfléchissante. 2. Miroir pour imagerie optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'émission (2) est une fibre optique émettrice ou un assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices dont une extrémité affleure à ladite face réfléchissante (1), la surface de ladite ~o extrémité constituant ladite zone (z1) peu ou pas réfléchissante, la face réfléchissante et la surface de ladite extrémité étant dans un même plan et étant inclinées par rapport à l'axe de la fibre optique émettrice ou de l'assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices. 3. Miroir pour imagerie optique selon la revendication 2, 15 caractérisé en ce que ledit dispositif de réflexion (B1) est en matériau à base de verre ou de matériau synthétique. 4. Miroir pour imagerie optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de réflexion comporte un assemblage de fibres optiques (6.1 à 6.n) qui enserrent la fibre optique émettrice (ou ledit 20 assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices). 5. Miroir pour imagerie optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de réflexion comporte une face revêtue d'un réseau de diffraction en volume, lequel comporte un trou dans ladite zone (z1) pour le passage de l'extrémité d'émission du dispositif d'émission 25 lumineuse (2). Ce réseau en volume placé perpendiculairement au faisceau d'émission utilise le caractère quasi-monochromatique du laser d'éclairage de la cible pour le dévier vers le système d'imagerie. 6. Procédé de fabrication d'un miroir selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes 3o suivantes: - mise en place de la fibre optique émettrice ou de l'assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices dans ledit dispositif de réflexion (B1, 6.1 à 6.n),- usinage dudit dispositif de réflexion pour obtenir une face transverse par rapport à la fibre optique émettrice (ou à l'assemblage de plusieurs fibres optiques émettrices), traitement réfléchissant de ladite face transverse pour 5 réaliser ladite face réfléchissante, transmission d'un faisceau optique énergétique par ladite fibre optique émettrice (ou de l'assemblage fibres optiques émettrices) pour détériorer le traitement réfléchissant dans la zone (z1) de la face réfléchissante correspondant à la zone d'émission de la fibre optique 10 émettrice (ou de l'assemblage fibres optiques émettrices). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de mise en place de ladite fibre optique émettrice (ou de l'assemblage fibres optiques émettrices) dans ledit dispositif de réflexion se fait par moulage. 15 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de mise en place dans ledit dispositif de réflexion se fait par mise en place de ladite fibre optique émettrice (ou de l'assemblage fibres optiques émettrices) au sein d'un ensemble de fibres puis par solidarisation des fibres entre elles. 20 9. Système d'imagerie laser appliquant le miroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou le procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite fibre optique émettrice (ou l'assemblage de fibres optiques émettrices) est destinée à émettre un faisceau lumineux de traitement (FS1) vers une première zone (Z1) d'une 25 cible (Cl) et en ce que le système comporte: - une source lumineuse d'imagerie (El) émettant un faisceau lumineux d'imagerie (FE1) qui est destiné à éclairer ladite cible selon une deuxième zone (Z2) de surface supérieure à ladite première zone (Z1) et englobant cette première zone, 30 - un appareil de prise de vues (CA) orienté vers ladite face réfléchissante constituant un premier miroir (MI) et destinée à recevoir de la lumière réfléchie par ladite cible vers ce premier miroir (M1). 10. Système d'imagerie laser selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte également:- au moins un deuxième miroir (M2) recevant ledit faisceau de traitement, le réfléchissant en vue d'éclairer la première zone (Z1), ce dit deuxième miroir permettant d'orienter ledit faisceau d'éclairement vers ladite première zone de la cible, - un système de commande permettant de commander l'orientation du deuxième miroir en fonction d'une image reçue par l'appareil de prise de vues (CA). 11. Système d'imagerie laser selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième miroir (M3) destiné réfléchir ~o vers ladite cible (Cl) la lumière reçu du deuxième miroir (M2), ou inversement à réfléchir vers le deuxième miroir la lumière reçue de la cible, ledit système de commande permettant de commandé l'orientation de ce troisième miroir en fonction de l'image reçue par l'appareil de prise de vue (CA) pour permettre de régler la focalisation du faisceau reçu du deuxième 15 miroir (M2). 12. Système d'imagerie laser selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un quatrième miroir (M4) recevant la lumière reçue du premier miroir (Ml) et la réfléchissant vers l'appareil de prise de vues (CA). 20 13. Système d'imagerie laser selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que ledit faisceau lumineux de traitement (FS1) est à une première longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes, ledit faisceau lumineux d'imagerie (FEI) est à une deuxième longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes différentes de la 25 première longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes, le système comportant en outre un filtre spectral (FI) situé entre le premier miroir (M1) et l'appareil de prise de vue (CA) et permettant la transmission de la deuxième longueur d'onde ou gamme de longueurs d'ondes seulement à l'appareil de prise de vues. 30 14. Système de commande de plusieurs sources lumineuses appliquant le système d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux sources lasers (Si à SN) et en ce que chaque source laser comporte un système de pointage indépendant, le système de commande comportant en outre un circuit decommande centrale (CC) permettant de commander les systèmes de pointage de chaque source laser.5