Brevet FR3106933A1 — publié le 20210806

Dispositif (20) optique d’émission de lumière, configuré pour l’illumination d’une scène (21) comprenant N zones (26), ledit dispositif (20) étant caractérisé en ce qu’il comprend une source (22) d’émission de rayons lumineux, une pluralité de N déflecteurs (23) optiques disposés dans une pupille (24, 25) du dispositif (20) optique, lesdits déflecteurs (23) optiques étant configurés pour dévier les rayons lumineux provenant de la source (22) lumineuse vers les zones (26) de la scène (21), un module (27) optique, interposé entre la source (22) et les déflecteurs (23) optiques, ledit module (27) étant configuré pour transmettre des rayons lumineux émis par la source (22) lumineuse uniquement vers un sous-ensemble de N1 déflecteurs (23) optiques, N1 étant strictement inférieur à N, pour l’illumination d’un sous-ensemble des zones (26) de la scène (21). Figure 1 Dispositif optique d’émission et de détection de rayons lumineux DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L’invention concerne un dispositif optique de prise de vue d’une scène et un procédé de détection d’éléments caractéristiques dans ladite scène. L’invention concerne également un dispositif optique démission de lumière basé sur une configuration similaire au dispositif optique de prise de vue. ETAT DE L’ART L’observation de scènes nécessite un dispositif optique de prise de vue. Une contrainte classique dans le domaine de l’observation consiste à couvrir une scène la plus étendue possible. Si une scène comporte N zones à observer, il existe plusieurs solutions classiques pour observer ces N zones. Une solution consiste à utiliser N surfaces de détection distinctes, placées au plan focal du dispositif optique, chaque surface de détection étant apte à détecter des rayons lumineux provenant d’une zone parmi les N zones à observer. Cette solution présente l’inconvénient de multiplier le nombre de surfaces de détection, et donc la complexité et le coût du dispositif instrumental. Une autre solution consiste à utiliser N surfaces de détection distinctes associées à N objectifs distincts. Cette solution est également coûteuse, volumineuse, et difficile à mettre en œuvre, puisqu’elle repose sur la multiplication de capteurs et d’éléments optiques. Enfin, une autre solution consiste à utiliser un miroir à balayage, ou miroir de scan, ou miroir de changement de visée, permettant d’observer séquentiellement les N zones. Le miroir permet de dévier séquentiellement les rayons lumineux issus d’une zone parmi les N zones, ce qui permet de balayer, après un temps d’observation donné, l’ensemble de la scène. Cette solution présente plusieurs inconvénients. D’une part, elle implique nécessairement une observation séquentielle des zones de la scène, et donc un temps d’observation long. D’autre part, un miroir à balayage est complexe et délicat à mettre en œuvre. Il est à noter que les inconvénients rencontrés dans le domaine de l’observation de scènes comportant une pluralité de zones se retrouvent dans les dispositifs d’émission de lumière visant à illuminer de telles scènes. Par exemple, on peut vouloir illuminer une pluralité de zones d’une scène, tout en conservant un dispositif simple à mettre en œuvre et efficace. Dans ce contexte, la solution technique proposée dans cette invention permet d’améliorer les dispositifs optiques de prise de vue connus de l’état de la technique, qu’il s’agisse de dispositifs optiques de prise de vue d’une scène comprenant de multiples zones, ou de dispositifs optiques d’émission de lumière vers des directions multiples. PRESENTATION DE L’lNVENTlON L’invention vise à pallier, au moins en partie, les inconvénients précités de l’état de la technique. A cet effet, l’invention propose un dispositif optique de prise de vue, configuré pour la prise de vue d’une scène comprenant N zones, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend : - une surface de détection de rayons lumineux, - une pluralité de N déflecteurs optiques disposés dans une pupille du dispositif optique, lesdits déflecteurs optiques étant configurés pour dévier des rayons lumineux provenant des N zones de la scène vers la surface de détection, afin de superposer optiquement les N zones de la scène sur la surface de détection. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : -les déflecteurs optiques sont des prismes ou des miroirs ; -les déflecteurs optiques sont disposés dans une pupille d’entrée du dispositif optique ; -le dispositif comprend en outre un module optique de sélection d’images, interposé entre les déflecteurs optiques et la surface de détection, ledit module optique étant configuré pour transmettre uniquement des rayons lumineux déviés par une partie ou la totalité d’un sous-ensemble des déflecteurs optiques vers la surface de détection, ledit sous-ensemble comprenant N1 déflecteurs, avec N1 strictement inférieur à N, afin de superposer optiquement sur la surface de détection uniquement un sous-ensemble de zones de la scène ; le module optique est apte à faire varier le sous-ensemble de N1 déflecteurs au cours du temps ; -le module optique est disposé dans une pupille du dispositif optique; -le module optique est choisi parmi un obturateur, ou un prisme, ou un système à cristaux liquides, ou un ensemble de miroirs. L’invention concerne également un dispositif optique d’émission de lumière, configuré pour l’illumination d’une scène comprenant N zones, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend : -une source d’émission de rayons lumineux, -une pluralité de N déflecteurs optiques disposés dans une pupille du dispositif optique, lesdits déflecteurs optiques étant configurés pour dévier les rayons lumineux provenant de la source lumineuse vers les zones de la scène, -un module optique, interposé entre la source et les déflecteurs optiques, ledit module étant configuré pour transmettre des rayons lumineux émis par la source lumineuse uniquement vers un sous-ensemble de N1 déflecteurs optiques, N1 étant strictement inférieur à N, pour l’illumination d’un sous-ensemble des zones de la scène. Ce dispositif optique démission de lumière est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : -la source comprend une pluralité d’éléments d’émission de lumière distincts ; -les déflecteurs optiques sont des prismes ou des miroirs ; -les déflecteurs optiques sont disposés dans une pupille du dispositif optique ; -le module optique est apte à faire varier le sous-ensemble de N1 déflecteurs au cours du temps; -le module optique est disposé dans une pupille du dispositif optique; -le module optique est choisi parmi un obturateur, ou un prisme, ou un système à cristaux liquides, ou un ensemble de miroirs. L’invention concerne également un procédé de détection mettant en œuvre le dispositif optique de prise de vue d’une scène précédemment décrit, ladite scène comprenant au moins un élément caractéristique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend : -une étape d’obtention d’images par l’intermédiaire du dispositif optique, consistant à transmettre, par l’intermédiaire du module optique, uniquement des rayons lumineux déviés par une partie ou la totalité d’un sous-ensemble de N1 déflecteurs optiques vers la surface de détection, N1 étant strictement inférieur à N, afin de superposer optiquement sur la surface de détection uniquement un sous-ensemble de zones de la scène, -une étape d’identification de l’élément caractéristique, et -une étape consistant à faire varier au cours du temps, par l’intermédiaire du module optique, les déflecteurs appartenant au sous-ensemble de N1 déflecteurs, afin d’identifier et/ou de localiser l’élément caractéristique. L’invention présente de nombreux avantages. Un avantage de |’invention est de proposer un dispositif optique simple à mettre en œuvre. Un autre avantage de |’invention est de proposer un dispositif optique présentant un champ de vue accru. Un autre avantage de |’invention est de proposer un dispositif moins coûteux que certains dispositifs de l’état de la technique. En particulier, |’invention ne requiert pas une multiplication de surfaces de détection ou l’utilisation d’un détecteur plus grand dont la faisabilité et le coût peuvent être critiques, ou l’utilisation de mécanismes optiques délicats et complexes. Enfin, un autre avantage de |’invention est de proposer une configuration de dispositif optique pouvant être adaptée aussi bien à l’émission de rayons lumineux qu’à la détection de rayons lumineux. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : la est un schéma d’un mode de réalisation d’un dispositif optique de prise de vue selon l’invention; la est un schéma d’un mode de réalisation de déflecteurs optiques selon |’invention, dans le cas d’un dispositif à quatre déflecteurs et pupille optique carrée; la est un schéma d’un mode de réalisation d’un dispositif optique de prise de vue comprenant un module optique de sélection des images selon |’invention; la est un schéma d’étapes d’un procédé de détection selon l’invention; la est un schéma d’une scène comprenant un élément caractéristique à détecter; la est un schéma d’un mode de réalisation d’un dispositif optique d’émission de lumière selon l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE On a représenté en un mode de réalisation d’un dispositif 1 optique de prise de vue selon |’invention. Ce dispositif 1 est configuré pour la prise de vue d’une scène 9 comprenant N zones 10 distinctes. En , on a représenté le cas où N est égal à quatre. Le dispositif 1 optique comprend une surface 7 de détection de rayons lumineux. La surface 7 de détection est placée au plan focal du dispositif1 optique. Il s’agit typiquement d’une surface comprenant des pixels sensibles à la lumière, par exemple, mais non limitativement, de type détecteur matriciel. Le dispositif 1 optique comprend en outre une pluralité de N déflecteurs 3 optiques disposés dans une pupille du dispositif 1 optique, N étant supérieur ou égal à deux. En , les déflecteurs 3 optiques sont placés dans la pupille d’entrée 4 du dispositif 1 optique. On rappelle que l'étendue géométrique du faisceau lumineux transmissible par un dispositif d'optique est limitée par un diaphragme d'ouverture, et définit l’angle solide du faisceau utile émis par un point de la scène à observer (par exemple, le point de la scène situé sur l’axe optique du dispositif). Les images respectives du diaphragme d'ouverture dans les espaces amont (objet) et aval (image) du dispositif optique sont appelés pupilles d'entrée et de sortie du dispositif. La pupille de sortie est la conjugaison de la pupille d’entrée par le dispositif optique. Le dispositif optique comprend également des pupilles, dites pupilles intermédiaires. En effet, le dispositif optique comprend de manière classique un certain nombre d’éléments optiques (voir la référence 12 en ), comme des lentilles. L’image de la pupille d’entrée par chaque élément optique donne une pupille intermédiaire. En , on a représenté une pupille intermédiaire 13. Les déflecteurs 3 optiques sont configurés pour dévier des rayons lumineux provenant des N zones 10 de la scène 9 vers la surface optique, afin de superposer optiquement les N zones 10 de la scène 9 sur la surface 7 détection. Au final, la surface 7 de détection reçoit la superposition des images provenant des N zones 10 de la scène 9. Chaque pixel de la surface de détection observe donc à chaque instant plusieurs objets (N objets). Comme on le comprend, les déflecteurs 3 optiques permettent d’étendre le champ de vue du dispositif 1 optique, en déviant les rayons lumineux et en les superposant sur la surface 7 de détection. Chaque déflecteur 3 optique présente une orientation différente vis-à-vis de l’axe optique 14 du dispositif1 optique, ce qui permet de récupérer des rayons lumineux provenant de zones différentes de la scène. L’ensemble des N déflecteurs 3 optiques est une décomposition de la pupille 4 d’entrée du dispositif 1 optique en autant de sous-pupilles, un déflecteur étant associé à chaque sous-pupille. Chaque zone 10 de la scène 9 est imagée sur la surface 7 de détection commune du dispositif 1 optique grâce à la déviation de l’un de ces déflecteurs. Chaque zone 10 à observer dispose d’un déflecteur optique dédié. Ainsi, la solution proposée permet d’obtenir un gain temporel conséquent pour l’accès à l’information dans chaque zone. Le dispositif 1 optique comprend en outre et de manière classique une succession de lentilles ou d’éléments optiques 12, adaptés aux besoins de l’observation. Avantageusement, mais non limitativement, les déflecteurs 3 optiques sont des prismes. Il s’agit donc dans ce cas de moyens de déflection par transmission. Cette solution est illustrée en , avec quatre prismes permettant de dévier des rayons lumineux provenant de quatre zones d’une scène. Ces prismes sont schématisés en perspective (vue (A)), et en vue de côté (vue (B)). Dans le mode de réalisation illustré en , les prismes réalisent une pupille d’entrée à géométrie carrée. Ceci n’est pas obligatoire et d’autres géométries sont envisageables. Avantageusement, mais non limitativement, les déflecteurs 3 optiques peuvent être des miroirs. Il s’agit alors dans ce cas de moyens de déflection par réflexion. D’autres solutions techniques sont envisageables pour les déflecteurs 3 optiques. En particulier, leur nombre et leur géométrie ne sont pas limitées à une solution particulière. Comme on le comprend, le dispositif 1 optique permet de couvrir une scène 9 comprenant une pluralité de zones 10, et ce avec une unique surface 7 de détection. On s’affranchit ainsi des coûts et des contraintes associés à la multiplication des capteurs et aux mécanismes de miroir à balayage de l’état de la technique. Une simplification importante du dispositif optique est donc obtenue. De plus, on obtient un dispositif optique présentant un champ de vue accru. Ainsi, avec une optique et une surface de détection donnée, on accroît le champ de vue. Cette augmentation du champ de vue pour un dispositif équipé d’une unique surface de détection est également valable et intéressante pour un dispositif dont le plan focal 7 est composés de plusieurs détecteurs. Dans un mode de réalisation, le dispositif 1 optique tel que décrit précédemment comprend en outre un module 11 optique de sélection d’images, interposé entre les déflecteurs 3 optiques et la surface 7 de détection. Ce module 11 optique est représenté sur la . Le module 11 optique est configuré pour transmettre de façon variable dans le temps les rayons lumineux. Il s’agit d’un module permettant l’obturation d’un sous-ensemble des déflecteurs 3 optiques. Cette obturation de chaque sous-ensemble peut être totale ou partielle. Ainsi, une obturation totale correspond à une obturation de tous les déflecteurs du sous-ensemble, tandis qu’une obturation partielle correspond à une obturation de seulement une partie du sous-ensemble de déflecteurs (par exemple uniquement certains déflecteurs du sous-ensemble, ou une zone comprenant plusieurs portions des déflecteurs du sous-ensemble). Cette obturation est variable dans le temps. Le sous-ensemble de déflecteurs comprend N1 déflecteurs avec N1 strictement inférieur à N, afin de superposer optiquement uniquement un sous-ensemble des zones de la scène 9 sur la surface 7 de détection. En général on a donc 1 Ainsi, le module 11 optique est configuré pour transmettre uniquement des rayons lumineux déviés par une partie ou la totalité d’un sous-ensemble des déflecteurs 3 optiques vers la surface 7 de détection, ledit sous-ensemble comprenant N1 déflecteurs. Par exemple, le module 11 optique peut être configuré pour transmettre des rayons lumineux issu d’un seul déflecteur à la fois (N1=1), et donc d’une seule zone, ledit module étant configuré pour faire varier au cours du temps le déflecteur dont les rayons lumineux sont transmis vers la surface 7 optique, ce qui permet de balayer une à une les zones de la scène. Avantageusement, le module 11 optique est configuré pour transmettre uniquement des rayons lumineux déviés par un sous-ensemble de N1 déflecteurs 3 optiques vers la surface 7 de détection, ledit sous-ensemble N1 étant variable au cours du temps. Ainsi, le module 11 optique est apte à faire varier le sous-ensemble de N1 déflecteurs au cours du temps. Le module 11 optique permet dans ce cas de sélectionner temporellement des zones de la scène à superposer sur la surface 7 de détection. Dans le cas de l’obturation partielle, chaque sous-ensemble n’est pas totalement obturé lors de chaque prise d’image. En revanche, l’occultation partielle rend le flux lumineux variable et permet d’identifier le sous-ensemble concerné par un signal donné. Dans ce cas, l’obturation peut être en rotation continue. Le module 11 optique est placé dans une pupille du dispositif 1optique. Il est avantageux de disposer le module 11 optique dans la pupille de sortie 5 du dispositif 1 optique. Ceci permet de diminuer la taille du module11 optique, puisque le module optique est rapproché du plan focal dudispositif1 optique. Toutefois, le module 11 optique peut être disposé dans la pupille d’entrée 4 du dispositif 1 optique, ou dans une pupille intermédiaire dudispositif1 optique. Divers modes de réalisation du module 11 optique sont envisageables. Il peut par exemple s’agir d’un obturateur, avantageusement mobile en rotation ou en translation, un obturateur à géométrie d’occultation donnée, un obturateur à balayage ou en rotation, un système à cristaux liquides, un prisme, un composant MOEMS (Microsystème opto-électro-mécanique) de type matrice de micro-miroirs, etc. En fonction du nombre de zones à imager sur la surface 7 de détection, la géométrie du module 11 optique doit être adaptée. L’invention concerne également un procédé de détection mettant en œuvre le dispositif optique de prise de vue d’une scène comprenant un tel module optique (cf. ). Il s’agit de détecter dans la scène un élément 30 caractéristique (cf. ). La signature caractéristique de cet élément peut être son mouvement, son niveau de signal, sa géométrie, etc. Par exemple, le passage d’un avion pourra être détecté, dans le domaine du contrôle aérien. L’élément 30 caractéristique peut correspondre à un phénomène en mouvement ou à un phénomène statique. Le procédé comprend une étape E1 d’obtention d’images par l’intermédiaire du dispositif 1 optique. L’étape E1 consiste à transmettre, par l’intermédiaire du module 11 optique, uniquement des rayons lumineux déviés par une partie ou la totalité d’un sous-ensemble de N1 déflecteurs 3 optiques vers la surface 7 de détection, N1 étant strictement inférieur à N, afin de superposer optiquement sur la surface 7 de détection uniquement un sous-ensemble de zones de la scène 9. Le procédé comprend une étape E2 d’identification de l’élément 30 caractéristique. La détection de l’élément caractéristique sur chacune des images est obtenue par traitement d’image classique : filtrage ou traitement pour détecter une structure caractéristique, comparaison d’images pour détecter un mouvement, ou encore détection de seuil d’intensité. Le procédé comprend une étape E3 consistant à faire varier au cours du temps, par l’intermédiaire du module 11 optique, les déflecteurs appartenant au sous-ensemble de N1 déflecteurs. L’acquisition successive des images d’une superposition de N1 zones de la scène 9 permet, par comparaison entre les images de la série, de déterminer l’origine et de localiser un élément 30 caractéristique. Dans un mode de réalisation avantageux, N1 est choisi comme égal à1. Ainsi, on peut imager successivement chaque zone de la scène. Dans un autre mode de réalisation avantageux, N1 est choisi comme égal à N-1. Ainsi, on superpose à tout moment N-1 scènes. On a décrit jusqu’à présent l’invention en référence à un dispositif optique de prise de vue d’image. L’invention s’applique de manière similaire au cas d’un dispositif 20optique d’émission de lumière, dans lequel on remplace la surface 7 de détection précitée par une source 22 d’émission de lumière. Le sens de propagation de la lumière est donc inversé par rapport aux modes de réalisation précédents, mais le principe et les moyens utilisés sont similaires. Le dispositif 20 optique d’émission de lumière est configuré pour l’illumination d’une scène 21 comprenant des zones 26. Le dispositif 20 comprend une source 22 d’émission de rayons lumineux. Il s’agit avantageusement d’une source 22 comprenant une pluralité d’éléments 29 d’émission de lumière distincts, comme par exemple une matrice de LEDs. Il peut également s’agir d’une source 22 unique. Le dispositif 20 comprend en outre une pluralité de N déflecteurs 23optiques, lesdits déflecteurs 23 optiques étant configurés pour dévier des rayons lumineux provenant de la source 22 lumineuse vers des zones 26 de la scène 21. Le dispositif 20 comprend en outre un module 27 optique, interposé entre la source 22 et les déflecteurs 23 optiques. Le module 27 optique est configuré pour transmettre des rayons lumineux émis par la source 22 lumineuse uniquement vers un sous-ensemble de N1 déflecteurs 23 optiques, N1 étant strictement inférieur à N, pour l’illumination d’un sous-ensemble des zones 26 de la scène 21. Le module 27 optique est identique au module 11 optique précédemment décrit. De même, les déflecteurs 23 optiques peuvent être identiques à ceux décrits précédemment (déflecteurs 3 optiques). Ainsi, les déflecteurs 23 optiques sont par exemple des prismes ou des miroirs. Les déflecteurs 23 optiques sont disposés dans une pupille du dispositif 20 optique, avantageusement dans une pupille d’entrée 24 du dispositif 20 optique. Avantageusement, le module 27 est configuré pour transmettre uniquement un sous-ensemble des rayons lumineux émis par la source lumineuse vers les déflecteurs optiques, et ledit sous-ensemble est variable au cours du temps. Le module 27 est également disposé dans une pupille du dispositif20 optique. Avantageusement, le module optique 27 est disposé dans une pupille d’entrée 24 ou une pupille de sortie 25 du dispositif optique. Comme déjà énoncé, divers modes de réalisation du module 27optique sont envisageables. Il peut par exemple s’agir d’un obturateur mobile en rotation ou en translation, d’un système à cristaux liquides, d’un prisme, d’un composant MOEMS de type matrice de micro-miroirs, etc. Ce dispositif 20 optique d’émission de lumière trouve de nombreuses applications. Par exemple, on peut, grâce au dispositif optique d’émission de lumière de l’invention, disposer d’un projecteur optique très compact, apte à illuminer N zones d’une scène, avec une optique (objectif) donnée qui n’était capable d’illuminer qu’une seule de ces zones dans l’art antérieur. On obtient donc un accroissement du champ de vue du dispositif optique. Un autre exemple d’application concerne un projecteur à lumière et/ou couleur variable. D’une part, le nombre d’éléments 29 d’émission de lumière au plan focal, la géométrie et la séquence du module optique permettent de créer des effets lumineux spécifiques. En particulier, l’utilisation d’une source d’émission de lumière dans le dispositif optique d’émission de lumière, ladite source d’émission de lumière comprenant des éléments d’émission de lumière programmables en séquence d’émission, couleur, ou autre, permet de créer des effets lumineux directionnels et de couleurs souhaités. On peut ainsi créer un kaléidoscope. Les éléments d’émission de lumière sont avantageusement une matrice de LEDs. Le dispositif optique est un dispositif intégré, sans mécanisme complexe, et peut être utilisé aussi bien dans le domaine des loisirs que dans le domaine industriel. L’invention présente de nombreux avantages, aussi bien pour l’émission de rayons lumineux que la détection de rayons lumineux. Dispositif (20) optique d’émission de lumière, configuré pour l’illumination d’une scène (21) comprenant N zones (26), ledit dispositif (20) étant caractérisé en ce qu’il comprend: - une source (22) d’émission de rayons lumineux, - une pluralité de N déflecteurs (23) optiques disposés dans une pupille (24, 25) du dispositif (20) optique, o lesdits déflecteurs (23) optiques étant configurés pour dévier les rayons lumineux provenant de la source (22) lumineuse vers les zones (26) de la scène (21), - un module (27) optique, interposé entre la source (22) et les déflecteurs (23) optiques, o ledit module (27) étant configuré pour transmettre des rayons lumineux émis par la source (22) lumineuse uniquement vers un sous-ensemble de N1 déflecteurs (23) optiques, N1 étant strictement inférieur à N, pour l’illumination d’un sous-ensemble des zones (26) de la scène (21). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la source (22) comprend une pluralité d’éléments d'émission de lumière distincts. Dispositif selon |’une des revendications 1 ou 2, dans lequel les déflecteurs (23) optiques sont des prismes ou des miroirs. Dispositif selon |’une des revendications 1 à 3, dans lequel les déflecteurs (23) optiques sont disposés dans une pupille (24) du dispositif (20) optique. Dispositif selon |’une des revendications 1 à 4, dans lequel le module (27) optique est apte à faire varier le sous-ensemble de N1 déflecteurs au cours du temps. Dispositif selon |’une des revendications 1 à 5, dans lequel le module optique (27) est disposé dans une pupille (24) du dispositif (20) optique. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le module (27) optique est choisi parmi : - un obturateur, ou - un prisme, ou - un système à cristaux liquides, ou - un ensemble de miroirs.