ES2832563T3 - Procedimiento de corrección de los defectos de aberraciones en el seno de un dispositivo óptico de observación de un campo a través de una ventana - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para adaptar la resolución de un espectrómetro de transformada de Fourier (FTS) generador de imágenes para la observación meteorológica por satélite, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas: - adquisición (502) de datos en modo de interferograma y en modo de imagen sobre unos puntos de sondeo para una escena observada, estando cada punto de sondeo (P) asociado a una matriz de macropíxeles (M) y definido por una pluralidad de zonas (Z); - para cada punto de sondeo: - análisis (504) a partir de los datos del modo de imagen del contenido de cada zona; - clasificación (506, 508, 510, 512) según el resultado del análisis, de cada zona en una clase de zona clara o en una clase de zona no clara; - para cada punto de sondeo que tiene unas zonas claras y unas zonas no claras: - sumar (516) los datos de los macropíxeles de la clase de zona clara para generar (518) un flujo de datos de "píxel claro" y sumar (516) los datos de todos los macropíxeles de dicha matriz de macropíxeles (M) asociada a dicho punto de sondeo para generar (518) un flujo de datos de "punto de sondeo"; y - transmitir (520) los dos flujos de datos.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de corrección de los defectos de aberraciones en el seno de un dispositivo óptico de observación de un campo a través de una ventana

El presente invento se refiere a un procedimiento de corrección de los defectos de aberraciones en el seno de un dispositivo óptico de observación, con orientación móvil, de un campo a través de una ventana cuya forma es sensiblemente la de una cúpula, así como a un dispositivo óptico de observación con orientación móvil cuyos defectos de aberraciones son corregidos de esta manera.

Aunque no de una manera exclusiva, el procedimiento de corrección óptica y el dispositivo óptico de observación, según el invento están destinados a aplicarse al guiado auto-directivo de un misil, del que importa que sea corregida la trayectoria en tiempo real en función de la posición del blanco con respecto al campo de visión del citado dispositivo. Igualmente se consideran otras aplicaciones, en particular el equipamiento de un vehículo terrestre o de un avión de reconocimiento, por ejemplo, del tipo dron.

Por el documento US-6343767, se conoce ya tal dispositivo óptico de observación, con orientación móvil, de un campo a través de una ventana que presenta sensiblemente la forma de una cúpula. El campo se proyecta sobre un plano de observación por medio del dispositivo de observación, el cual incluye a estos efectos, unos medios de conjugación óptica del campo con el plano de observación y unos medios de orientación relativa del plano de observación con respecto al citado campo observado.

De una manera más precisa, los medios de orientación relativa están constituidos por unos prismas móviles en rotación alrededor del eje óptico del dispositivo. Permiten, de esta manera, orientar la dirección de visión en un cono cuyo semi-ángulo en el vértice es igual a 2.(n-1).A, siendo A el ángulo en el vértice de los prismas y n el índice de refracción del material que constituye los citados prismas.

Tal dispositivo, denominado igualmente “diasporámetro”, permite observar, por lo tanto, un campo centrado en el eje óptico del citado dispositivo, pudiendo ser re-orientado este campo de observación con respecto al citado eje óptico a través de un juego de prismas de tal manera que vea un campo óptico diferente y situado en las proximidades del campo centrado en el citado eje óptico. Este dispositivo ofrece, de esta manera, la posibilidad, a través de los prismas rotativos, de observar un campo óptico muy amplio, así como de restablecer la visión cuando ésta se aparte del campo óptico buscado, centrado en el eje óptico.

Este dispositivo se utiliza generalmente para una observación en el infinito y trabaja en este caso con unos haces paralelos. En estas condiciones, los prismas no son susceptibles de degradar la calidad óptica de la imagen formada sobre el plano de observación, con la excepción eventualmente de aberraciones cromáticas y de distorsión.

Este dispositivo presenta, sin embargo, un inconveniente mayor, relacionado con junas aplicaciones tales como el guiado auto-directivo de un misil. En efecto, para tales aplicaciones, es indispensable que la ventana, situada aguas arriba del dispositivo óptico de observación con respecto a la trayectoria del misil, presente un cierto perfil aerodinámico, y de una manera más particular, la forma de una cúpula al menos sensiblemente hemisférica.

La forma de esta ventana introduce entonces una divergencia no nula, correspondiente a una focal del orden, por ejemplo, de -20 a -5 metros, lo que engendra necesariamente unos defectos de aberraciones, especialmente del tipo astigmatismo. Dicho de otra manera, debido a la curvatura de la ventana, las puestas a punto del campo en dos planos perpendiculares uno de otro, no pueden efectuarse las dos en un mismo plano de observación, perpendicular al eje óptico del dispositivo. La imagen que se forma sobre este plano de observación, así como la calidad de la visión, se encuentran entonces sensiblemente degradadas.

Por otra parte, los medios de orientación relativa citados anteriormente, tales como los prismas, están concebidos para trabajar con haces paralelos. Sin embargo, en el presente caso, el haz que ha atravesado la ventana es sensiblemente divergente. Debido a esto, los defectos engendrados al nivel de la ventana van a alcanzar a los prismas y van a ser amplificados.

En consecuencia, el conjunto que forman la ventana y los medios de orientación relativa es la fuente de los defectos de las aberraciones significativas, especialmente del tipo astigmatismo.

En el documento anterior citado precedentemente, están previstos unos medios de corrección óptica de tal manera que corrijan estos defectos. Para ello, se actúa sobre los medios de orientación relativa, deformando una superficie de cada prisma de tal manera que ya no sea plana y que esta deformación pueda corregir al menos en parte los citados defectos, a partir de un cálculo previo del perfil de la superficie basado en la minimización de las aberraciones estimadas en términos de los polinomios de Zernike.

Sin embargo, tal solución presenta el inconveniente de necesitar un tratamiento específico de cada uno de los prismas, lo que se demuestra que es no solamente costoso sino igualmente difícil de poner en marcha. Es igualmente conocido por el documento EP1203978A1 cómo formar una ventanilla de dos elementos que permitan obtener un crecimiento próximo a 1.

El presente invento tiene como objetivo remediar estos inconvenientes y se refiere a un procedimiento según la reivindicación 1 de corrección de los defectos de aberraciones en el seno de un dispositivo óptico de observación de un campo a través de una ventana que presenta sensiblemente la forma de una cúpula, incluyendo el dispositivo óptico de observación unos medios de conjugación óptica del campo observado con un plano de observación y unos medios de orientación relativa del plano de observación con respecto al citado campo, estando previstos unos medios de corrección óptica de tal manera que corrijan los citados defectos de aberraciones, permitiendo este procedimiento disponer de un dispositivo óptico de observación que esté, durante su funcionamiento, al menos en parte desprovisto de los defectos de astigmatismo engendrados por el conjunto formado por la ventana y por los medios de orientación relativa, siendo, al mismo tiempo, de una fabricación y una integración fáciles para las operaciones habituales.

Con esta finalidad, según el invento, el procedimiento de corrección del tipo definido anteriormente es notable por el hecho de que se disponen los medios de corrección óptica entre la ventana y los medios de orientación relativa de tal manera que los citados medios de corrección óptica forman con la citada ventana un sistema óptico al menos sensiblemente afocal.

De esta manera, gracias al presente invento, los defectos de astigmatismo engendrados por la ventana y por los medios de orientación relativa pueden ser corregidos de una manera muy sencilla. En efecto, basta para ello con añadir al dispositivo óptico de observación (o de disponer delante de este dispositivo ) los medios ópticos previstos específicamente a estos efectos, estando situados estos medios entre los medios de orientación relativa y la ventana de tal manera que estén situados lo más cerca posible de la ventana y, de esta manera, corregir ópticamente los defectos inmediatamente después de su nacimiento, lo que evita su propagación y su amplificación posterior a lo largo del dispositivo, y de una manera más particular, y a continuación, su propagación en el seno de los prismas rotativos.

Se observará que, según el invento, el sistema óptico formado por la ventana y por los medios de corrección óptica no debe ser necesariamente afocal. En efecto, es inherente a este tipo de sistemas que no pueda ser afocal para todas las orientaciones del campo observado, si bien no importa efectuar un compromiso entre la puesta a punto de un campo centrado en el eje óptico y la de un campo fuera del eje óptico. De esta manera, importa, por lo tanto, según el invento, que este sistema óptico pueda ser al menos sensiblemente afocal, y de una manera ideal, lo más afocal posible.

Gracias al invento, la corrección del astigmatismo no induce ninguna dificultad suplementaria para la fabricación del dispositivo óptico de observación, puesto que estos medios de corrección óptica pueden ser de concepción sencilla, por ejemplo, una lente, y fácilmente integrables en los dispositivos ópticos de observación con orientación móvil de la técnica anterior.

De una manera más precisa, puede ser elegida la forma y la posición de la lente en función de la ventana, para que la citada lente y la citada ventana formen un sistema óptico al menos sensiblemente afocal, para el cual el astigmatismo global esté aniquilado (o, al menos, sensiblemente disminuido). Dicho de otra manera, los medios de corrección pueden ser comprados o fabricados independientemente del dispositivo de observación, sin que la estructura de este último se vea modificada y pudiendo, por lo tanto, ser estándar, adaptándose estos medios de corrección sencillamente a la ventana situada delante del dispositivo.

Según otra característica del invento, los medios de corrección óptica se presentan bajo la forma de una lente cuya potencia y cuya señal son respectivamente y de una manera sensible iguales y opuestas a las de la ventana, lo que presenta la ventaja de disponer de unos medios de corrección que son de una concepción y de una integración fáciles, asegurando al mismo tiempo una supresión eficaz del astigmatismo engendrado por la ventana y los medios de orientación relativa.

Se observará que las potencias ópticas de la ventana y de la lente de corrección pueden no ser completamente iguales sino próximas una de otra, teniendo en cuenta el hecho especialmente de la distancia entre estos dos elementos y las relaciones de conjugación óptica que los unen, y teniendo en cuenta igualmente que el sistema óptico que forman no puede ser perfectamente afocal para todas las orientaciones del campo observado.

En este último caso, al ser la ventana generalmente divergente, la lente que forman los medios de corrección óptica es convergente.

El invento se refiere igualmente a un dispositivo óptico según la reivindicación 3 de observación de un campo a través de una ventana que presenta sensiblemente la forma de una cúpula, que incluye unos medios de conjugación óptica del campo observado con un plano de observación y unos medios de orientación relativa del plano de observación con respecto al citado campo, estando previstos unos medios de corrección óptica de tal manera que corrijan los defectos de aberración en el seno del dispositivo óptico de observación. Según el invento, los citados medios de corrección óptica están situados entre la citada ventana y los citados medios de orientación relativa de tal manera que los citados medios de corrección óptica formen con la citada ventana un sistema óptico al menos sensiblemente afocal.

Según otra característica del invento, los medios de corrección óptica están montados sobre una montura solidaria del dispositivo.

Según otra característica del invento, los medios de corrección óptica están montados sobre una montura amovible. Para una buena precisión de la conjugación campo de visión - plano de observación, los medios de conjugación óptica están formados por una pluralidad de lentes situadas detrás de los medios de orientación relativa.

Según otra característica más del invento, los medios de orientación relativa están formados por dos prismas Independientes, montados en rotación alrededor del eje óptico del dispositivo de tal manera que la dirección de observación esté orientada, con respecto al campo observado, por medio de los citados prismas.

Las figuras del dibujo anexo nos harán comprender muy bien cómo puede realizarse el invento. En estas figuras, las referencias idénticas designan elementos parecidos.

La figura 1 es un corte longitudinal esquemático de un dispositivo óptico de observación de un campo, según el invento.

La figura 2 es un corte simplificado de este mismo dispositivo en una posición de observación de un campo centrado en el eje óptico.

La figura 3 es un corte simplificado de este mismo dispositivo en una posición de observación de un campo fuera del eje óptico.

El dispositivo óptico de observación 2 de la figura 1 incluye un conjunto de medios ópticos, centrados todos en el mismo eje óptico X-X’ formando de hecho el eje óptico del dispositivo, destinados especialmente a la orientación y a la conjugación de un campo a observar (véase, por ejemplo, el campo 8 de las figuras 2 y 3) con respecto a un plano de observación 4.

Este dispositivo 2 está destinado de una manera más particular a la observación del campo 8 a través de una ventana, tal como la ventana 3 de la figura 1, en forma de cúpula sensiblemente hemisférica. Esta ventana, debido a su forma curvada, es un elemento ópticamente divergente.

El dispositivo de observación 2 incluye un conjunto de prismas 5A y 5B. que forman juntos los medios de orientación relativa 5 del eje óptico X-X’ con respecto al campo observado, con vistas a reorientar un campo inicialmente no centrado en el eje óptico (véase ,por ejemplo, el campo 8 de la figura 3) de tal manera que esté, después del paso por los prismas 5A y 5B, centrado en el eje óptico. Para ello, estos dos prismas están montados en rotación alrededor del eje óptico X-X’ del dispositivo, independientemente uno de otro, de tal manera que puedan ser girados uno con respecto al otro para reorientar el campo observado al nivel del plano 4. Tales rotaciones son posibles por la utilización de las monturas adecuadas, lo que es una práctica corriente para el experto.

Los prismas utilizados pueden ser unos prismas de Risley o incluso de Fresnel, pero se puede recurrir a otros tipos de prismas en función de las aplicaciones consideradas.

En el caso de elementos cromáticamente dispersores, tales como los prismas, importa trabajar con luz monocromática o en una banda espectral estrecha. A partir de aquí, se puede recurrir a una fuente láser susceptible de emitir impulsos láser en la dirección de un blanco a observar, pudiendo ser reflejados estos impulsos láser sobre el blanco para ser detectados a continuación por un detector situado al nivel del plano de observación 4, pudiendo operarse esta detección, por ejemplo, por medio de una cámara sincronizada con los impulsos de la fuente láser. En otro modo de realización, los prismas son reemplazados por láminas de difracción.

El dispositivo de observación 2 incluye igualmente un conjunto de lentes 6A, 6B y 6C, que forman en conjunto los medios de conjugación óptica 6 del campo observado 8 con el plano de observación 4. Estos medios 6 se presentan bajo la forma de un objetivo posicionado de tal manera que, cuando el dispositivo 2 trabaja con un objeto en el infinito, el plano focal de la imagen del objetivo es coincidente con el plano de observación 4.

Según un modo particular de realización que se aplica, por ejemplo, al caso de un misil con guiado auto-directivo, el dispositivo 2 incluye un detector óptico situado al nivel del plano de observación 4.

De esta manera constituido, el dispositivo 2 permite la observación de un campo de visión, por ejemplo, del orden de 10°, con una posible reorientación del campo, a través de los medios de orientación relativa 5, en una zona del orden, por ejemplo, de (-20°; 20°) ó (-30°; 30°). El dispositivo de observación óptica 2 puede ser utilizado, por lo tanto, para unas aplicaciones en las que se desea observar un campo relativamente amplio.

El conjunto de los elementos que constituyen el dispositivo 2 puede estar integrado en el seno de una carcasa (parcialmente representada en la figura 1 por unos sombreados) estando situados cada elemento óptico y/o cada conjunto de elementos ópticos en el interior de una montura adaptada.

El conjunto formado por el dispositivo de observación 2 y la ventana 3 (ella misma centrada sobre el eje óptico X-X’ del dispositivo 2) - prolongada por un perfil 9 - constituye una parte 1 de un sistema de visión destinado a estar integrado en diferentes tipos de equipamientos, tales como un misil (para lo cual la ventana 3 presenta un perfil aerodinámico), un vehículo terrestre o incluso un avión de reconocimiento (por ejemplo, del tipo dron).

En la medida en la que el dispositivo de observación 2 está fabricado, en general, independientemente del sistema al cual está destinado a ser integrado, y, por lo tanto, de la ventana 3, el citado dispositivo está concebido para focalizar un objeto en el infinito en el plano de observación 4, sin tener en cuenta el hecho de que una ventana pueda estar situada eventualmente delante de éste. De aquí se deduce, por lo tanto, que la imagen formada por el dispositivo 2 está degradada por los defectos de astigmatismo que engendran, por una parte, la citada ventana 3 y, por otra parte, los medios de orientación relativa 5 que amplifican estos defectos.

De acuerdo con el invento, se sitúan delante de los diferentes elementos ópticos del dispositivo 2 - y en particular de los medios de orientación relativa 5 - unos medios de corrección óptica 7 de los defectos de las aberraciones engendrados por el conjunto formado por la ventana 3 y los medios de orientación relativa 5. De una manera más precisa, se sitúan estos medios 7 entre la ventana 3 y los medios de orientación relativa 5, de tal manera que estos medios de corrección 7 formen con la ventana 3 un sistema óptico al menos sensiblemente afocal.

Según el modo de realización de la figura 1, estos medios de corrección se presentan bajo la forma de una lente 7, cuya forma y posición están determinadas en función de las de la ventana 3 con vistas a realizar el sistema óptico afocal mencionado anteriormente. Para ello, la realización más sencilla consiste en hacerlo de tal manera que la ventana 3 y la lente de corrección 7 presenten unas potencias ópticas que sean sensiblemente iguales en valor absoluto, pero que sean de signos opuestos.

Según otros modos de realización, podrá recurrirse a una pluralidad de lentes para formar estos medios 7, incluso si se prefiere no utilizar una sola lente por razones de tamaño.

En función de las aplicaciones, estos medios de corrección óptica 7 pueden ser integrados de diferentes maneras, en particular, pueden ser montados sobre una montura:

- Según el invento, solidaria con el dispositivo de observación 2, de tal manera que pueden ser fabricados o bien juntos, o bien separadamente y a continuación ser integrados en el dispositivo en función de la ventana 3;

- solidaria con la ventana 3, de tal manera que la citada ventana se beneficie directamente de su medio de corrección óptica;

- independiente a la vez de la ventana 3 y del dispositivo; o

- amovible de tal manera que esta montura pueda ser o bien solidaria o bien independiente del dispositivo 2 o de la ventana 3.

La disposición de los medios de corrección óptica 7, entre la ventana 3 y los medios de orientación relativa 5, permite corregir los defectos de astigmatismo engendrados por esta misma ventana 3 y por los medios de orientación relativa 5, haciéndolo de tal manera que la citada ventana y los medios 7 así asociados formen juntos un sistema óptico al menos sensiblemente afocal, aunque estos últimos sean fabricados de una manera independiente e integrados en momentos diferentes.

Se observará aquí que hubiera parecido más sencillo e intuitivo corregir los defectos engendrados por la ventana 3 y por los medios de orientación 5 detrás de ellos. Por el contrario, el presente invento consiste en no corregir los defectos después de que se haya establecido su propagación y su amplificación, sino desde el mismo momento de su nacimiento, es decir, justo detrás de la ventana 3, de tal manera que estos defectos no puedan propagarse en el seno de los medios de orientación relativa 5 y amplificarse allí.

Haciendo referencia a las figuras 2 y 3, se ve que la puesta a punto de un campo 8 a observar sobre el eje óptico se efectúa muy bien al nivel del plano de observación 4 (véase la figura 2), incluso la puesta a punto de un campo 8 fuera del eje óptico (por ejemplo, orientado a 30° con respecto al citado eje óptico) se opera igualmente de una manera sensible al nivel del plano de observación 4 (véase la figura 3), y de una manera más precisa, este campo 8 fuera del eje óptico es restablecido sobre el eje óptico después de haber atravesado los medios de orientación relativa 5, habiendo sido girado para ello el segundo prisma 5B alrededor de eje óptico 180°. El defecto de astigmatismo que se observaba al nivel del plano 4, debido a la disposición de una ventana sensiblemente hemisférica delante del dispositivo 2, es corregido al menos en parte.

De esta manera, es posible concebir el dispositivo de observación 2 y la ventana 3 de manera totalmente independiente y modular, lo que permite disponer de elementos estándar, debiendo ser determinados únicamente los medios de corrección óptica 7 en función de la ventana 3 de tal manera que el haz que atraviese sucesivamente la ventana 3 y los medios 7 sea un haz al menos sensiblemente paralelo. Estos medios 7 pueden constituir así un módulo independiente de los demás elementos del sistema de visión, e integrarse en el resto del citado sistema para corregir los defectos de las aberraciones mencionadas anteriormente (o que pueden integrarse eventualmente y de una manera directa en la ventana 3).

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de corrección de los defectos de las aberraciones en el seno de un dispositivo óptico de observación (2) de un campo (8) a través de una ventana (3) que presenta sensiblemente la forma de una cúpula, incluyendo el dispositivo óptico de observación (2) unos medios de conjugación óptica (6) del campo observado (8) con un plano de observación (4) y unos medios de orientación relativa (5) del plano de observación (4) con respecto al citado campo (8), estando previstos unos medios de corrección óptica (7) de tal manera que se corrijan los citados defectos de las aberraciones, estando situados los citados medios de corrección óptica (7) entre la citada ventana (3) y los citados medios de orientación relativa (5) de tal manera que los citados medios de corrección óptica (7) formen con la citada ventana (3) un sistema óptico al menos sensiblemente afocal, presentándose los medios de corrección óptica (7) bajo la forma de una lente (7) cuya potencia y signo son sensiblemente iguales y opuestos a los de la ventana (3); estando formados los medios de conjugación óptica (6) por un conjunto de lentes (6A, 6B, 6C) para conjugar el campo observado (8) con el plano ce observación; caracterizado por que la ventana (3), los medios de conjugación óptica (6) los medios de orientación relativa (5) y los medios de corrección óptica (7) están centrados sobre un mismo eje óptico (X-X’); por que los defectos de aberración son unos defectos de astigmatismo, por que los medios de orientación relativa (5) están formados por un conjunto de prismas (5A, 5B) para reorientar un campo inicialmente no centrado sobre el eje óptico (X-X’) de tal manera que quede centrado sobre el eje óptico (X-X’) después del paso por los prismas (5A, 5B); por que los medios de corrección óptica (7) están montados sobre una montura solidaria con el dispositivo óptico de observación (2).

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado por que la ventana (3) y la lente (7) son respectivamente divergente y convergente.

3. Dispositivo óptico de observación (2) de un campo (8) a través de una ventana (3) que presenta sensiblemente la forma de una cúpula, que incluye unos medios de conjugación óptica (6) del campo observado (8) con un plano de observación (4) y unos medios de orientación relativa (5) del plano de observación (4) con respecto al citado campo (8), estando previstos unos medios de corrección óptica (7) de tal manera que se corrijan los defectos de las aberraciones en el seno del dispositivo óptico de observación (2), estando situados los citados medios de corrección óptica (7) entre la citada ventana (3) y los citados medios de orientación relativa (5) de tal manera que los citados medios de corrección óptica (7) formen con la citada ventana (3) un sistema óptico al menos sensiblemente afocal, presentándose los medios de corrección óptica (7) bajo la forma de una lente (7) cuya potencia y signo son respectivamente y de una manera sensible iguales y opuestos a los de la ventana (3), estando formados los medios de conjugación óptica (6) por un conjunto de lentes (6A, 6B, 6C) para conjugar el campo observado (8) con el plano de observación; caracterizado por que la ventana (3), los medios de conjugación óptica (6), los medios de orientación relativa (5) y los medios de corrección óptica (7) están centrados sobre un mismo eje óptico (X-X’), por que los defectos de aberración son defectos de astigmatismo; por que los medios de orientación relativa (5) están formados por un conjunto de prismas (5A, 5B) para reorientar un campo inicialmente no centrado sobre el eje óptico (X-X’) de gtal manera que quede centrado sobre el eje óptico (X-X’) después del paso por los prismas (5A, 5B); por que los medios de corrección óptica (7) están montados sobre una montura solidaria con el dispositivo óptico de observación (2).

4. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado por que los medios de corrección óptica (7) están montados sobre una montura amovible.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 4, caracterizado por que los medios de conjugación óptica (6) están formados por una pluralidad de lentes (6A, 6B, 6C) situadas detrás de los medios de orientación relativa (5).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por que los medios de orientación relativa (5) están formados por dos prismas (5A, 5B) independientes, montados en rotación alrededor del eje óptico (X-X’) del dispositivo (2) de tal manera que la dirección de observación (4) esté orientada, con respecto al campo observado (8), por medio de los citados prismas (5A, 5B).