FR2586520A2 - Dispositif de balayage optico-mecanique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PERFECTIONNEMENT DU DISPOSITIF ET, PLUS PARTICULIEREMENT, LA PARTIE BALAYAGE LIGNE QUI EST CONCUE DE MANIERE QUE LE DISPOSITIF PUISSE FONCTIONNER AVEC DES OUVERTURES PLUS REDUITES SANS PORTER ATTEINTE AUX QUALITES PROPRES DE RESOLUTION DU DISPOSITIF. CE SYSTEME DE BALAYAGE LIGNE COMPORTE TOUJOURS UN TAMBOUR TOURNANT A FACES REFLECHISSANTES MAIS LE TRANSPORT D'IMAGE DU DETECTEUR S'EFFECTUE EN DEHORS DE L'AXE DU TAMBOUR. LA LIGNE ANALYSEE DEMEURE UN ARC DE CERCLE MAIS QUI EST CENTREE EN DEHORS DE CET AXE ET DONT LA LONGUEUR EST PLUS GRANDE QUE PRECEDEMMENT, ALORS QUE L'OUVERTURE DU SYSTEME D'ANALYSE LIGNE EST PLUS FAIBLE, SI BIEN QU'A ETENDUE GEOMETRIQUE EGALE DU SYSTEME D'ANALYSE, LE NOMBRE DE POINTS D'ANALYSE DANS LA LIGNE SE TROUVE POUR LE MOINS CONSERVE. IL S'EN DEDUIT UNE POSSIBILITE DE CONSTRUIRE LE DISPOSITIF AVEC UNE MOINS GRANDE OUVERTURE, F4 AU LIEU DE F2, CE QUI PERMET UNE TOLERANCE PLUS GRANDE POUR LES DEFAUTS DE FOCALISATION DU MIROIR DE TRAME ET FACILITE LA CONSTRUCTION DU DISPOSITIF. APPLICATION A LA VISION NOCTURNE.

Description

La présente invention est une quatrième addition à celle qui fait l'objet

de la demande de brevet N 75 03 923,

déposée le 7 Février 1975 au nom de la Demanderesse et de de-

mandes de 3 certificats d'addition à ce brevet, à savoir:les premier et second certificats d'addition respectivement

Ne 76 37 685 et Ne 76 37 686, déposés simultanément le 14 Dé-

cembre 1976 et le troisième certificat d'addition Ne 77 02 161,

déposé le 26 Janvier 1977.

Elle constitue un perfectionnement du dispositif de balayage optique d'un champ de vision et de visualisation dudit champ décrit dans lesdites demandes de brevet, premier, second

et troisième certificats d'addition. Elle concerne plus particu-

lièrement la partie ligne de ce balayage et également de nouveaux

éléments dudit dispositif mieux adaptés au nouveau système d'ana-

lyse ligne.

Selon ces demandes il est décrit un dispositif de balayage optique d'un champ de vision divisé en différentes zones et de visualisation dudit champ, dispositif selon lequel ledit balayage est effectué suivant deux directions perpendiculaires à savoir, selon une direction x un balayage dénommé balayage ligne et, suivant une autre direction ô, un balayage dénommé balayage trame ou image, dispositif opérant lesdits balayages selon des faisceaux issus des différentes zones du champ et assurant la

convergence desdits faisceaux sur un élément sensible au rayonne-

ment contenu dans lesdits faisceaux (détecteur), dispositif com-

portant généralement dans l'ordre, suivant le sens du trajet du faisceau incident médian issu du champ de vision, un objectif, des moyens de balayage trame selon la direction y, un système de

rabattement des faisceaux délimités par l'ouverture de l'objec-

tif vers des moyens de balayage ligne du champ image de l'objec-

tif selon la direction x et l'élément sensible, lesdits moyens de balayage ligne, l'élément sensible, éventuellement d'autres éléments en rapport avec ceux précédemment cités servant à la

visualisation directe de l'image du champ analysé, ledit dispo-

sitif étant remarquable en ce que: - l'objectif a son axe optique compris dans un plan P contenant la direction y et perpendiculaire à x, en ce que ledit objectif est interchangeable et que sa surface focale est courbe et tel que son centre de courbure est situé au centre de la pupille de

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sortie de l'objectif, - lIs moyens de Lalayage trame sont constitués d'un miroir plan tournant d'un mouvement alternatif autour d'un axe parallèle à la direction x, placé en faisceau convergent derrière l'objectif près de l'image du champ dans ledit objectif, - - les moyens de balayage ligne sont constitués, d'une part, d'un tambour en rotation uniforme autour d'un axe fixe YY' contenu dans

ledit plan P et portant un grand nombre de faces planes réflé-

chissantes régulièrement distribuées sur le pourtour dudit tam-

bour, et, d'autre part, un système de transport d'image symétrique par rapport audit plan P formant une image de l'élément sensible en un point fixe A' de l'axe YY' de rotation du tambour, ledit tambour étant placé en faisceau convergent dans le trajet dudit

système de transport du côté image de l'élément sensible, le sy-

métrique dudit point A' par rapport à chaque face du tambour,

lorsque ladite face est perpendiculaire au plan P, étant au voisi-

nage du point D symétrique du foyer de l'objectif par rapport au

miroir de trame en position parallèle a YY'.

- le système optique de rabattement des faisceaux est constitué d'un miroir concave dit de champ admettant le plan P comme plan de symétrie et dont le sommet est placé au voisinage de D sur l'axe ZZ' passant par D et perpendiculaire à YY', ledit miroir ôtant dltarminé de telle sorte qu'il conjugue le centre O de la pupille de sortie de l'objectif avec un point fixe 0' de l'axe YY', ledit point 0' étant le symétrique par rapport à ZZ' du point d'intersection de l'axe optique de l'objectif avec l'axe YY', ledit miroir de champ, pour assurer éventuellement la nullité du temps mort de balayage entre deux lignes consécutives, ayant au

plus une largeur dans le sens x légèrement inférieure à la lon-

gueur de la ligne analysée, elle-même égale à la distance entre les images du détecteur dans deux faces consécutives du tambour tournant, ledit miroir étant animé ou non d'un mouvement de petite amplitude en phase avec le mouvement des moyens de balayage trame, ledit mouvement comportant d'une part une translation alternative selon l'axe ZZ' au voisinage de D et une rotation alternative autour d'un axe parallèle à la direction x symétrique par rapport

à ZZ', l'amplitude de ladite translation étant telle qu'elle cor-

rige la défocalisation introduite par les moyens de balayage trame, l'amplitude de ladite rotation étant telle qu'elle assure la fixité en 0' du conjugué par le miroir de champ du centre 0

de la pupille de sortie de l'objectif lors de la rotation alter-

native des moyens de balayage trame.

Selon le perfectionnement du dispositif dans le troi-

sième certificat d'addition, le mouvement du miroir de trame est particularisé en ce sens que son axe de rotation n'est plus fixe et que ledit miroir de trame tourne d'un mouvement alternatif en restant tangent à une portion de conique située dans le plan P.

conique dont l'un des foyers est occupé par le centre-de la pu-

pille de sortie de l'objectif et l'autre par le point D. En liai-

son avec ce mouvement du miroir de trame, le mouvement du miroir de champ est un mouvement de rotation alternatif autour d'un axe passant par D parallèle à x, ladite rotation étant synchrone du mouvement du miroir de trame et telle que le rayon moyen du

faisceau est réfléchi selon la direction fixe DO'.

Le fait que dans le dispositif décrit dans la demande de brevet et des trois certificats d'addition précités, l'on effectue un transport d'image du détecteur A en A' sur l'axe de

rotation YY' du tambour et que la ligne balayée (selon la di-

rection x), est située sur un cercle centré également sur YY' et

délimitée sur ce cercle par deux images de A' dans deux faces con-

sécutives du tambour, conduit souvent quand on désire un nombre élevé de points d'analyse dans la ligne, à faire fonctionner le système de transport d'image avec des ouvertures élevées. Il

s'ensuit que le dispositif de transport d'image doit être forte-

ment corrigé des aberrations sphériques. Par suite, il est plus difficile à réaliser notamment dans le cas o le transport d'image s'effectue au moyen d'un objectif à lentilles pour lequel la correction de ces aberrations nécessite l'introduction de dioptres asphériques. Tout le système d'analyse ainsi que l'objectif

d'entrée se trouvent également devoir présenter une grande ouver-

ture, ce qui nécessite également une forte correction de leurs

aberrations. De plus, les tolérances admissibles sur la défocali-

sation introduite par le miroir de balayage trame se trouvent, du fait de cette ouverture,devoir être plus restreintes, ce qui rend plus difficile l'exécution de la coordination des mouvements du miroir de trame et du miroir de champ, afin de corriger les

effets de ladite défocalisation.

L'un des buts de la présente invention est de perfec-

4t tionner le dispositif de telle sorte qu'il puisse fonctionner avec des ouvertures du système d'analyse ligne et de l'objectif

d'entrée plus réduites. Un autre but de l'invention est de per-

mettre ce fonctionnement avec ouvertures plus réduites sans porter atteinte aux qualités propres de résolution du dispositif. Ainsi, dans cet ordre d'idée, le but que se propose l'invention est de conserver une même valeur au nombre de points d'analyse par ligne

de balayage pour une mime étendue géométrique de faisceau d'ana-

lyse. Pour cela l'invention conçoit le dispositif de balayage opticomécanique du brevet principal et de ses trois certificats d'addition avec une nouvelle version des moyens de balayage ligne (selon la direction x) et de transport d'image de détecteur. Le balayage s'effectue toujours à l'aide d'un tambour tournant à faces réfléchissantes, mais le transport d'image du détecteur ne s'effectue plus nécessairement sur l'axe du tambour mais en dehors

de cet axe, notamment dans une position plus éloignée de l'optique.

La ligne analysée se trouve être sensiblement un arc de cercle mais dont le centre confondu avec le centre de la pupille d'entrée du système d'analyse ligne n'est plus situé sur l'axe de rotation du tambour mais en dehors, tandis que,d'une part, l'ouverture du système d'analyse est réduite dans de fortes proportions et, d'autre part,la longueur de la ligne analysée se trouve augmentée, si bien, qu'à étendue géométrique égale du système d'analyse, le nombre de points d'analyse dans la ligne se trouve conservé ou bien,qu'avec une étendue géométrique inférieure,ce nombre de points se trouve augmenté. Cette particularité de construction

du système d'analyse ligne entraine les autres conséquences sui-

vantes: possibilité de construire le système d'analyse trame et l'objectif avec une moins grande ouverture, par exemple F/4 au

lieu de F/2, F désignant la distance focale de l'objectif, tolé-

rance plus grande pour les défauts de focalisation du miroir de trame, tache de diffusion moins grande au niveau de l'image

formée sur le détecteur.

L'invention propose un système de transport d'image propre à mettre en oeuvre ce nouveau concept d'analyse ligne, lequel transport d'image est introduit dans des dispositifs de balayage optico-mécanique (caméra) particulièrement conçus pour la vision dans le domaine de l'infrarouge. De plus elle adapte

la partie objectif de ces caméras aux nouvelles conceptions d'a-

nalyse ligne et transport d'image.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des-

cription suivante de quelques modes de réalisation donné à titre

d'exemples non limitatifs, ladite description étant accompagnée

de dessins qui représentent: v5 - Figure 1: une représentation schématique d'un mode de réalisation du dispositif d'analyse ligne selon le brevet principal. - Figure 2: une représentation schématique d'un premier

concept du dispositif d'analyse ligne selon la présente invention.

tO - Figure 3: une représentation schématique d'un second

concept du dispositif d'analyse ligne selon la présente invention.

- Figure 4a: une représentation en projection orthogonale

selon un premier plan contenant son axe de symétrie, d'un dispo-

sitif de transport d'image particulièrement adapté aux concepts

du dispositif d'analyse ligne selon les figures 2 et 3.

- Figure 4b: une représentation en projection du même

dispositif de transport d'image selon un second plan perpendi-

culaire au premier et contenant son axe de symétrie.

- Figure 5: un premier mode de réalisation de disposi-

tif de balayage optico-mécanique (caméra) utilisant un transport

d'image de détecteur selon les figures Ma et 4b.

- Figure 6: un second mode de réalisation de disposi-

tif de balayage optico-mécanique utilisant un transport d'image

de détecteur selon les figures 4a et 4b.

-5 - Figure 7a: une représentation schématique de la partie longue focale d'un objectif infrarouge adapté au système

d'analyre selon l'invention.

- Figure 7b: une représentation schématique du même

objectif muni de sa partie à courte distance focale.

La figure 1 représente un transport d'image du détecteur

conformément au brevet principal sur l'axe du tambour. Le dis-

positif de transport d'image est représenté en coupe dans un plan perpendiculaire à l'axe du tambour. Ce tambour est supposé, à

titre d'exemple, prismatique avec un contour polygonal à 12 faces.

L'élément optique de transport est la lentille 11, le tambour est 12. La lentille t donne du détecteur A une image A' confondue avec le centre du polygone 13. A2 et A3 sont les images de A' dans les deux faces consécutives 14 et 15 du tambour lorsque ces faces sont symétriques par rapport à l'axe 16 de l'optique de transport. La ligne analyée (dans la direction x) au cours de la rotation du tambour est l'arc de cercle A2 A3 centré en C sur l'axe de rotation du tambour au centre du polygone 13, le

système travaille avec un grandissement r et une étendue géo-

métrique correspondant du côté détecteur à un cône de faisceau

utile de demi-angle au sommet u.

Les figures 2 et 3 représentent chacune un transport d'image,selon l'invention,d'un détecteur de même surface que sur la figure 1. Sur ces figures on retrouve avec les mêmes repères numériques les mêmes éléments de transport que sur la figure 1, mais ceux-ci travaillent et sont placés les uns par

rapport aux autres différemment. Sur la figure 2 le système tra-

vaille avec un grandissement r et une étendue géométrique cor-

respondant du c8té détecteur à un demi-angle au sommet de cone de faisceau utile 2-u Le transport d'image de détecteur ne s'effectue plus sur le centre du polygone mais en A' situé par exemple sur l'axe 16 à la distance R du centre dudit polygone,

à l'opposé des faces actives. La ligne analysée A2 A3 est sen-

siblement une portion de cercle (en réalité une portion de li-

maçon de Pascal) centré en C, lequel point n'est plus situé sur l'axe de rotation du tambour 12, mais à une distance des faces actives 14, 15 du tambour inférieure au rayon R du tambour. Sur la figure 3 le système travaille avec un grandissement 2 et une étendue géométrique de demiangle au sommet u. A' et le centre C dela ligne analysée occupent des positions analogues

A celles de la figure 2. Le tableau ci-après résume les carac-

téristiques d'analyse ligne obtenues avec les trois systèmes et

montre les avantages apportés par l'invention.

(voir le tableau page 7) Système Système Système Cas d'un tambour à 12 faces de la de la de la figure 1 figure 2 figure 3

. . .,,

Ouverture du transport d'images du cSté du détecteur A. u u/2 u Ouverture du transport d'image du côté de l'image A'. 600 300 300O Ouverture du faisceau formant l'image A2. 300 15 15 Longueur de la ligne d'analyse 4R sin 15 8R sin V 8R sin 15 Angle entre la direction x' et la tangente à la ligne d'analyse. 15 7,5 7,50 Angle au centre de la ligne d'analyse. 3o0 450 45 Nombre de points dans la ligne. N 2 N N )

- TABLEAU -

La comparaison des première et seconde colonnes indique une possibilité, selon l'invention,d'augmentation du nombre de points d'analyse par ligne analysée,tout en réduisant l'ouverture du système d'analyse (de 30 0 à 15 ) et l'étendue géométrique du système optique. La comparaison des première et troisième colonnes indique une possibilité de maintien du nombre de points d'analyse

par ligne analysée à étendue géométrique de système d'analyse cons-

tante, tout en réduisant l'ouverture du système d'analyse (de 30 à 15e). Sur la sixième ligne de ce tableau on a indiqué l'angle

entre la tangente à la ligne analysée à son extrémité A2 et la di-

rection x' de l'image de la direction x du détecteur supposé li-

0 niique dans cette direction. Le tableau indique que ledit angle est divisé de moitié dans ces exemples selon l'invention, ce qui se traduit par une diminution de l'ordre de 4 fois de la tache de

diffusion au niveau de l'image du détecteur sur la ligne ana-

lysee. Sur la septième ligne de ce tableau,on indique les valeurs

de l'angle sous lequel est vue du point C la ligne d'analyse.

Selon les modes de réalisation de linvention,cet angle se trouve augmenté, sa valeur passant de 30 à 450 ce qui augmente le champ du dispositif dans le sens ligne. D'une manière générale, selon le nouveau concept de l'analyse ligne, les performances du dispositif, notamment celle de résolution, sont pour le moins conservées et également parfois améliorées, alors que la construction du système se trouve moins ardue du fait de la moindre ouverture des éléments optiques, par exemple celle de l'objectif d'entrée qui peut être ouvert à F/4 au lieu de F/2 ce qui, par contre coup, augmente les tolérances admissibles pour la défocalisation introduite par le miroir trame de l'ordre de 4 fois et simplifie le mouvement du

miroir de champ en vue de la correction de cette défocalisation.

A noter encore que,sur les figures 2 et 3,le point A'

n'est pas nécessairement situé à la distance R du centre du tam-

bour mais à une distance quelconque ce qui permet, par déplacement du tambour 12 sur l'axe 16, d'augmenter ou diminuer la longueur

de la ligne d'analyse A2 A3 et,par là. même,d'augmenter ou de di-

minuer le nombre de points d'analyse. A noter également que le rendement de balayage ligne reste égal à 100 % comme selon le brevet principal. Ces dernières remarques sont valables aussi

pour les modes de réalisation de l'invention décrits ultérieu-

rement.

Comme dans les brevets et certificats d'addition pré-

cités, le système d'analyse selon l'invention est conçu en har-

monie avec les autres éléments optiques du dispositif global de manière à assurer la conjugaison du centre de la pupille de sortie de l'objectif avec un point fixe qui n'est plus sur l'axe du tambour mais reste le point C, centre de la pupille d'entrée du système d'analyse ligne. Dans le cas des figures 2 et 3 ce

point C est également le centre de courbure de la ligne analysée.

Sur les figures 4a et 4b apparaît un dispositif optique de transport d'image particulièrement adapté à la mise en oeuvre du balayage ligne selon le concept de l'invention tel que décrit précédemment. Ce dispositif de transport, mis à part la lentille

L1 dont le rôle est explicité plus loin, présente un axe de sy-

métrie XX'. Sur la figure 4a le dispositif apparaît en projec-

tion orthogonale suivant un premier plan passant par XX' qui est

le plan de symétrie du dispositif global de balayage optico-méca-

nique (plan P selon le brevet principal).' Sur la figure 4b le dispositif appaYalt en projection selon un second plan qui passe

par XX' et qui est perpendiculaire au premier. Ce dispositif stap-

parente étroitement à un télescope de Schmidt transformé en un élément catoptrique en recouvrant sa surface focale d'un miroir sphérique. Il comprend deux portions de miroirs sphériques M et M2 concentriques de centre - et de rayons respectifs R1 et R2, M1 étant concave et M2 étant convexe, leurs faces étant

en regard. Les longueurs de ces rayons satisfont à certaines con-

ditions à savoir: (1) B2:sin 21 i - I R1 Fort h stars a distane a,, au en. - _-de deux points A' et A" symétriques par rapport à XX' et alignés avec.

Si l'ouverture utilisée est faible, de l'ordre d'une dizaine de degrés par exemple, le dispositif réalise la conjugaison optique des points A' et A", ainsi qu'il..DTD: est montré à l'aide des figures 4a et 4b en utilisant des consi-

dérations de chemins optiques et de symétrie du dispositif. Sur la figure 4a le rayon A" B'1 est parallèle à XX' et se réfléchit du fait des relations (1) et (2), sur le miroir M2 en D1 situé sur l'axe XX' de symétrie,puis en B sur le miroir M1, de telle sorte que les trajets optiques A" B' D et D B A' sont égaux

et symétriques par rapport à XX'. De même le rayon A" B2' paral-

lèle à tout axe X1 X ' faisant avec XX' un petit angle u' et passant par 5.., centre de symétrie du système,se réfléchit en D2 sur le miroir M2 situé sensiblement sur l'axe X1 X1',puis en B2 sur le miroir M1 de telle sorte que les trajets optiques A" B2' D2 et D2 B2 A' soient égaux et symétriques par rapport à

X1 X '. Sur la figure 4b, projection du système sur le plan per-

pendiculaire à P passant par XX', le point-S- est toujours centre de symétrie si bien que dans tout plan perpendiculaire à celui de la figure 4b un trajet optique tel que A' B3 D3 B3' A" possède les mêmes propriétés que les trajets représentés figure 4a. On dispose ainsi d'un excellent système optique de grandissement 1 entre l'objet A' et son image A" pour une ouverture ut de l'ordre d'une dizaine de degrés, qui de plus, comme on peut le démontrer, est aplanétique pour les points A' et A". L'invention prévoit de transformer te transpoet t.'image, de grandissement unitaire en un transport de grandissement différent de 1 en disposant, par exemple. la lentille aplanétique L1 d'axe Bi A". Cette lentille

d'indice de réfraction n forme de A" une image A avec un gran-

sin u dissement n sin, u étant l'ouverture du faisceau du côté A. sin u' Selon l'invention le détecteur est disposé en A, dans ce cas de

grandissement n différent de 1. Tout particulièrement, selon l'in-

vention la Ientille L1 est réalisée en des matériaux d'indice élevé et transparent à l'infrarouge. Pratiquement le transport d'image du détecteur de A à A' est réalisé avec des gri s ment' allant de 1 à 4 par exemple, permettant ainsi de déposer

en A des détecteurs de petites dimensions qui reçoivent le rayon-

nement avec un angle d'ouverture '. très grand.

Sur la figure 5 est représenté un premier mode de réa-

lisation du dispositif de balayage optico-mécanique, (appelé communément caméra par la suite), muni d'un transport d'image de détecteur comme décrit précédemment. L'objectif L d'axe 51 forme l'image de la scène à analyser sur sa surface focale S dont le centre de courbure, comme il est indiqué dans les demandes de

brevet principal et certificats d'addition précédents, est con-

fondu en 0 avec le centre de la pupille de sortie de cet objectif.

Le miroir M3 assure le balayage vertical (ou balayage trame,ou balayage y) . Il peut tre un miroir roulant sur une ellipse de foyers O et D,image du foyer F de l'objectif L dans le miroir M3 ou, plus simplement, tournant autour d'un axe 01 perpendiculaire au plan de la figure. Ce miroir forme l'image successivement des points F1F 2 de la surface focale S sur le miroir de champ M4 au point D. Le miroir de champ est sphérique de façon à conjuguer le centre O de la pupille de sortie de l'objectif L avec le centre C de la pupille virutelle d'entrée 52 de l'analyseur ligne situé dans le plan P sur l'axe zz' fixe parallèle à l'axe YY' de rotation du tambour tournant 12, dont les faces réfléchissantes

sont, par exemple,parallèles à YY'. Afin de maintenir la conju-

gaison lorsque M3 tourne autour de 01, le miroir M4 tourne d'un

angle proportionnel à celui de M3 autour d'un axe, perpendicu-

laire au plan de la figure passant par D. Le transport d'image d'analyse ligne est celui des figures 4a et 4b avec les miroirs M et M2, concentriques au point -<2. et la lentille L1. Il forme du détecteur placé en A une image agrandie fixe en A' puis, après rSfl':ic) sur le tambour tournant, une image confondue avec D ll lorsque la face du tambour est perpendiculaire au plan P de la figure. Lorsque le tambour tourne, cette image décrit dans la direction de balayage ligne x un arc de cercleanalogue à l'arc de cercle A2 A3 des figures 1, 2 et 3,centré sur l'axe zz', arc de cercle qui est contenu dans un plan perpendiculaire à zz'. On a représenté pour illustrer le fonctionnement du système la marche du faisceau de rayon principal 51 et de rayons extrêmes 54 et 53 à travers tout le système, lequel faisceau converge en A sur le détecteur. Le miroir de champ M4 assure encore, comme décrit dans les demandes de brevet et précédents certificats

d'addition, deux r8les à savoir, d'une part, assurer la conju-

gaison de la ligne d'analyse avec la surface focale de l'ob-

jectif et, d'autre part, la conjugaison des pupilles de sortie

de l'objectif et de la pupille d'entrée de l'analyseur ligne.

Les avantages de ce nouveau système d'analyse par

rapport à ceux revendiqués dans les brevets et certificats d'ad-

dition précités sont les suivants: - pour le mfême angle d'ouverture u de la caméra (indiquée au

point A), toute l'optique de la caméra,à savoir l'objectif, l'a-

nalyseur trame et ligne, et le transport d'image travaillent à l'ouverture réduite u' (indiquée au point A") à l'exception de

la lentille aplanétique L1 qui convertit u' en u.

- pratiquement, dans une réalisation citée à titre d'exemple, toute l'optique peut être ouverte à F/4 au lieu de F/2 et ceci

sans perte des performances photométriques; en revanche l'ob-

jectif a une focale deux fois plus longue afin de conserver le

même diamètre de pupille d'entrée; cette réduction de l'ouver-

ture facilite grandement la réalisation de l'optique.

- le transport d'image ne comprend que des surfaces sphériques,

donc plus faciles à réaliser.

- la défocalisation du détecteur en bout de ligne d'analyse est 4 fois plus petite en diamètre de tache de diffusion ramenée sur

le détecteur.

- la tolérance de défocalisation au niveau du miroir de champ est 8 fois plus large, ce qui autorise que le mouvement du miroir d'analyse trame M3 soit une simple rotation autour d'un

axe fixe, ce qui entratne une importante simplification méca-

nique. - lorsque l'on désire que le miroir de champ Mi soit extérieur au faisceau qui converge en A', comme représenté sur la figure 5, le faisceau réfléchi par le tambour fait un angle ( avec la

direction incidente (angle entre les parties incidente et réflé-

chie du rayon 51 sur la face 14 du tabmour tournant); la réduc-

tion de cet angle< permet de réduire certaines distorsions de balayage ligne, ce qui est d'autant plus aisément réalisé que l'ouverture ua est faible, puisque cet angle < est proportionnel à u. - toutes les tolérances mécaniques sont divisées au moins dans le rapport u' ut - enfin, en changeant le grandissement de la lentille L1, tout en conservant l'ouverture u' du reste du système optique, on fait varier l'ouverture globale u de la caméra; on agit de ce fait sur la dimension de l'image du détecteur qui analyse l'image fournie par l'objectif; la ligne d'analyse ayant toujours la même longueur, on peut à volonté, soit augmenter le nombre de points dans la ligne, soit le réduire, donc augmenter ou réduire la résolution de la caméra; le même analyseur peut donc être

adapté à différentes applications en modifiant uniquement la len-

tille L1.

La figure 6 représente en coupe, par son plan de symé-

trie P, un deuxième mode de réalisation de caméra utilisant un transport d'image selon les figures >a et 4b. Les éléments du dispositif de balayage ligne sont affectés des mêmes repères

alphanumériques que sur la figure 5. Cette caméra est particu-

lièrement adaptée à la thermographie A grand champ. L'objectif

est n ob-je-eif oatoptrique du--type dit de Bouwers d'axe 60 com-

prenant une lentille corrective L2 en un matériau transparent A l'infrarouge et un miroir sphérique M5, ledit objectif étant

utilisé hors d'axe. Tous les dioptres de cet objectif sont con-

centriques de centre E sur l'axe 60. La surface focale de l'ob-

jectif est aussi sphérique et concentrique de centre E. Le centre E est situé dans le plan de la pupille d'entrée 52 de centre c du système d'analyse ligne à l'intersection avec A' D sur zz' parallèle à YY', lequel plan est aussi le plan de la pu-

pille d'entrée 61 de l'objectif de Bouwers dont le centre C' est situé également sur zz' et tel que C E = C' E. La distance focale de cet objectif est D E. De ce fait, la surface focale de l'objectif coincide exactement avec la ligne analysée par l'image du détecteur dans les faces du tambour tournant (ligne A2 A3 des

figures 2 et 3). Comme par ailleurs l'objectif de Bouwers con-

jugue avec un grandissement de 1 le centre C' de sa pupille

d'entrée avec le centre C de la pupille d'entrée du système d'a-

nalyse, le miroir de champ devient inutile. Le balayage trame peut alors être obtenu à l'aide du miroir M3 tournant autour d'un

axe perpendiculaire au plan de la figure passant par 01. L'objec-

tif de type Bouwers permet une excellente correction des aber-

rations. Sa qualité est constante, quel que soit le champ, puisque ce système a son centre E comme centre de symétrie. Le système d'analyse ligne permet, dans le cas représenté sur la figure 6, d'analyser une ligne qui est vue du point C centre de la pupille d'entrée du système d'analyse ligne sous un angle de 45 dans le

cas d'un tambour à 12 faces (comme il est indiqué à la figure 2).

La caméra peut donc avoir un champ de 45' dans le sens ligne. Le champ trame n'est pas limité et dépend du miroir M3o Le miroir M 3' est disposé très près de la pupille d'entrée 61 de centre C' de

l'objectif dans le but de rendre les dimensions dudit miroir mini-

males. On peut s'arranger pour confondre 01 et C' afin de placer M3 dans la pupille d'entrée de l'objectif. Les avantages de ce système sont les mimes que ceux du système de la figure 5. Ce système à grand champ peut être précédé si on le désire par un système afocal dioptrique ou catadioptrique à condition que la pupille de sortie du système afocal coincide avec la pupille d'entrée C' du système à grand champ. Il est possible de cette

façon de réduire le champ de la caméra tout en augmentant la ré-

solution angulaire.

Les figures 7a et 7b représentent un schéma de principe d'un objectif infrarouge pour caméra thermographique adapté au système d'analyse ligne représenté aux figures 4a, 4b et 5. Pour l'utilisation de cet objectif dans une caméra thermographique et son adaptation audit système d'analyse, cet objectif doit répondre à un certain nombre de conditions: - l'objectif doit généralement être bifocal de façon à pouvoir donner un champ assez large de la scène à reconnaître et un champ étroit pour l'identification d'un détail; le rapport des deux

distances focales est en général de l'ordre de 3.

- le champ étroit étant souvent utilisé pour effectuer des pointés, il est indispensable que l'axe optique en longue distance focale 14i soit parfaitement stable; les tléments optiques de la longue

focale doivent être fixes.

- pour bien s'adapter au système d'analyse, la surface focale

doit être courbe; son rayon idéal devrait être égal à la dis-

tance O1D (fig. 5) pour que la rotation du miroir M3 de balayage trame n'introduise pas de défocalisation; pratiquement on peut tolérer que le rayon de courbure soit égal à trois ou quatre

fois 01D sans que la défocalisation soit gênante.

- la pupille de sortie de l'objectif doit passer à proximité du centre de courbure de la surface focale afin que le miroir de

champ puisse à la fois conjuguer les images et les pupilles.

- lencombrement de l'objectif et sa masse doivent toujours être les plus réduits possibles, ce qui conduit à devoir placer la

pupille d'entrée de l'objectif sur la lentille avant.

- enfin les matériaux optiques utilisés en infrarouge ont de

fortes variations d'indice de réfraction en fonction de la tem-

pérature; la position du plan focal varie donc fortement et il est nécessaire de refocaliser l'objectif pour chaque température d'utilisation; il est donc souhaitable de pouvoir refocaliser l'objectif à l'aide d'un élément optique de petites dimensions qui soit commun aux deux distances focales. L'objectif décrit aux figures 7a et 7b répond aux conditions énumérées. La figure 7a représente schématiquement en coupe par un plan passant par son

axe optique 71 la partie d'objectif à longue distance focale.

Elle s'identifie à la structure connue dite de téléobjectif.

Elle comporte le groupe de lentilles convergent C qui donne de la scène examinée une image A B sur sa surface focale et un groupe de lentilles divergent 2 qui forme une image A B' de A B. La pupille d'entrée est confondue avec r 1son centre étant Q la pupille de sortie étant 72 de centre Q'. Cette formule permet

d'obtenir une pupille de sortie assez proche de la surface fo-

cale de l'objectif. La calcul d'un tel objectif montre qu'il est également possible d'obtenir une surface focale dont le centre

de courbure est voisin de Q'. Par ailleurs, du point de vue en-

combrement, la longueur totale de l'objectif est toujours plus

courte que sa distance focale. La figure 7b représente schémati-

quement en coupe par un plan passant par l'axe 71 l'objectif en courte distance focale. On a ajouté aux groupes r 1 P2 deux nouveaux groupes]r3 et P4. 3 est divergent et a une puissance

* voisine de celle de 1 afin que l'ensemble 1 3 ait une puis-

sance presque nulle. Le groupe P4 est convergent et positionné de façon à former de la scène examinée une image située dans le plan de l'image A B de la figure 7a. De plus, comme sa distance focale est par exemple de l'ordre de 3 fois plus petite que celle de f 1' le champ linéaire correspondant à A B est 3 fois plus large pour r4 que pour f l. Le groupe r 2 en donne une image agrandie A' B' confondue avec A' B' de la figure 7a. La pupille de sortie est maintenue en Q' en choisissant convenablement la position de la pupille d'entrée 73 placée en Q. Le rapport des deux distances focales est égal au rapport des distances focales des groupes convergents P1 et ri. La commutation de distance focale s'obtient facilement en introduisant les deux groupes P r-f 3

et p 4 entre les deux groupes P 1 et 2 ou en les escamotant.

La stabilité de l'axe optique à grande distance focale est assurée du fait que r 1 et P sont fixes. La refocalisation de l'objectif en fonction de la température peut facilement être obtenue en

translatant r2 aussi bien en longue focale qu'en courte focale.

Etant donné le fort grandissement de P2' il suffit d'une petite translation pour produire un déplacement plus grand de l'image A' B'. Du fait que la focalisation s'obtienne par le groupe arrière r 2' l'étanchéité de l'objectif peut néanmoins être assuré sur le groupe avant fixe ( 1e Par ailleurs, il est remarquable et intéressant que l'ensemble escamotable ne soit pas translaté dans son ensemble ou en partie parallèlement à l'axe optique pour faire la refocalisation. Le diamètre des lentilles '3 P4 P2 étant

petit, l'encombrement en masse se trouve réduit.

Il va de soi que les dispositifs selon l'invention sont

également munis des dispositifs de vision directe de l'image ana-

lysée comportant une diode électroluminescente placée symétrique-

ment du détecteur par rapport à une lame dichroique séparant le visible de l'infrarouge, comme décrit dans les demandes de brevet

principal et certificats d'addition antérieurs.

Toutefois, dans les systèmes des figures 4a, 4b, 5 et 6, la lentille L1 étant une lentille transparente à l'infrarouge mais non forcément dans le visible, il sera avantageux de placer comme représenté sur la figure 5 une lame séparatrice 55 et une diode électroluminescente 56 placée soit symétriquement de A" par rapport à 55 et de mêmes dimensions que A",ou en 57, devant de une lentille 58, de manière que l'image/57 dans la lentille 58 soit confondue avec 56 en dimensions et grandeur. Dans ce cas,

il va de soi qu'on placera une lame dichrolque 59, dans le fais-

ceau ainsi qu'un objectif 49, l'oeil étant placé en 48.

Claims (11)

REVENDICATIONS:

1. Dispositif de balayage optique d'un champ de vision divisé en différentes zones et de visualisation dudit champ, dispositif selon lequel ledit balayage est effectué suivant deux directions perpendiculaires, à savoir, selon une direction x un balayage dénommé balayage ligne et suivant une autre direction un balayage dénommé- balayage trame ou image, dispositif opérant lesdits balayages selon des faisceaux issus des différentes zones du champ et assurant la convergence desdits faisceaux sur un élément sensible au rayonnement contenu dans lesdits faisceaux, dispositif comportant généralement dans l'ordre, suivant le sens du trajet du faisceau incident médian issu du champ de vision, un objectif, des moyens de balayage trame selon la direction y,

un système de rabattement des faisceaux délimités par l'ouver-

ture de l'objectif vers des moyens de balayage ligne du champ image de l'objectif selon la direction x et l'élément sensible,

lesdits moyens de balayage ligne, l'élément sensible, éventuelle-

ment d'autres éléments en rapport avec ceux précédemment cités servant à la visualisation directe de l'image du champ analysé, le dispositif étant caractérisé en ce que: - l'objectif a son axe optique compris dans un plan P contenant la

direction y et perpendiculaire à x, sa surface focale étant sphé-

rique et telle que son centre de courbure est situé au centre de la pupille de sortie de l'objectif, - les moyens de balayage trame sont constitués d'un miroir plan, dit de trame, tournant d'un mouvement alternatif autour d'un axe parallèle à la direction x, placé en faisceau convergent derrière l'objectif près de l'image du champ dans ledit objectif, - les moyens de balayage ligne sont constitués, d'une part, d'un tambour en rotation uniforme autour d'un axe fixe YY' contenu dans

ledit plan P et portant un grand nombre de faces planes réflé-

chissantes, régulièrement distribuées sur le pourtour dudit tambour,

lesdites faces pouvant avoir des inclinaisons différentes par rap-

port à l'axe de rotation et, d'autre part, un système de transport d'image symétrique par rapport audit plan P formant une image de l'élément sensible en un point fixe A' du plan P extérieur à l'axe

de rotation du tambour, ledit tambour étant placé en faisceau con-

vergent dans le trajet dudit système de transport du côté image de l'élément sensible, le symétrique-dudit point A' par rapport à chaque face du tambour lorsque ladite face est perpendiculaire

au plan P étant en un point D situé au voisinage immédiat du sy-

metrique du foyer de l'objectif par rapport au miroir de trame

en position parallèle à YY'.

- le système optique de rabattement des faisceaux est constitué d'un miroir concave dit de champ admettant le plan P comme plan de symétrie et dont le sommet est placé sensiblement au point D, ledit miroir étant déterminé de telle sorte qu'il conjugue en liaison avec le miroir de trame le centre O de la pupille de sortie de l'objectif avec un point fixe C du plan P qui est le centre de la pupille d'entrée des moyens de balayage ligne, ledit miroir de champ pour assurer éventuellement la nuliité du temps mort de balayage entre deux lignes consécutives ayant au plus une largeur dans le sens x légèrement inférieure A la longueur de la ligne analysée elle-même égale à la distance entre les images du détecteur dans deux faces consécutives du tambour tournant, et étant par ailleurs si besoin, animé d'un mouvement alternatif de petite amplitude en phase avec le mouvement des moyens de balayage trame pour maintenir la conjugaison optique de O et C.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement du miroir de trame et celui concommitant du miroir de champ sont ceux selon le brevet principal et ses premier,

deuxième et troisième certificats d'addition.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de transport d'image de l'élément sensible appartenant aux moyens de balayage ligne comporte deux miroirs sphériques de même centre _2, à savoir le premier M1 concave de rayon R1, le second M2 convexe de rayon R2, les deux miroirs XX' ayant même axe de symétrie/, la face réfléchissante de l'un étant en regard de la face réfléchissante de l'autre, l'ensemble des deux miroirs fonctionnant en grandissement unitaire et réalisant la conjugaison optique du point A' avec un point A", A' et A" a étant symétriques par rapport/XX' et alignés avec Lt, du fait que R2 et R1 satisfont aux relations: hh R sin 2i sin i = h o h désigne la distance de At R2 -sin 2i /-R1

à XX'.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en

ce que l'élément sensible est disposé au point A".

5. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caracté-

risé en ce que le système de transport d'image de l'élément sen-

sible des moyens de balayage ligne comporte de plus un élément optique de transport d'image de l'élément sensible au point A",

ledit élément optique fonctionnant avec grandissement différent-

de 1.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément optique est une lentille aplanétique d'axe

optique parallèle à XX' et passant par A".

7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6,

caractérisé en ce que le miroir-de trame plan tourne autour d'un axe fixe perpendiculaire au plan P et coupant l'axe optique de l'objectif de telle manière à former au point D l'image des points de la surface focale de l'objectif correspondant à différentes directions de rayon moyen de faisceau et en ce que le miroir de

champ est sphérique de sommetD et animé autour d'un axe perpendi-

culaire à P au point D d'un mouvement de rotation d'angle pro-

portionnel à celui du miroir de trame de manière à maintenir la

conjugaison optique du centre 0 de la pupille de sortie de l'ob-

jectif avec le centre C de la pupille d'entrée de l'analyseur ligne.

8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6 ca-

ractérisé en ce que l'objectif est catadioptrique du type de Bouwers et comporte une lentille en matériau transparent dans l'infrarouge et un miroir sphérique, ledit miroir et les dioptres de la lentille étant concentriques en un point E situé sur A' D dans le plan de la pupille d'entrée de l'analyseur ligne, la distance focale dudit objectif étant égale à D E, en ce que le miroir de trame tourne autour d'un axe fixe perpendiculaire à P et coupant l'axe optique de l'objectif, ledit miroir de trame

étant disposé très près de la pupille d'entrée de l'objectif.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le point de concours de l'axe de rotation du miroir de tiame avec l'axe optique de l'objectif coïncide avec le centre

C' de ladite pupille d'entrée de l'objectif.

10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caracté-

risé en ce que la ligne analysée est vue du point C sous un angle

de l'ordre de 45 .

11. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6,

caractérisé en ce que l'objectif est de type bifocal transparent à l'infrarouge, à savoir qu'il comporte une première partie à longue focale et une seconde partie qui, en.liaison avec ladite première, confère & l'objectif une courte focale, ladite première

partie du genre téléobjectif étant constituée d'un groupe conver-

gent Pl et d'un groupe divergent 12 dont le centre Q' de la pu-

pille de sortie est située entre les groupes Pl etF 2, le centre de la surface focale de l'ensemble constitué par ces deux groupes étant situé au voisinage de Q', ladite seconde partie comportant entre ( 1 et Il2 un groupe divergent C] disposé par rapport à fi et de puissance telle que l'ensemble ir P 3 ait une puissance voisine de zéro et un groupe Hi de position et puissance telles que l'ensemble P 1 12 P14 ait sensiblement même surface focale que et telle que la pupille de sortie soit en présence des groupes P3 et 4 maintenue en Q' avec les mêmes dimensions, en

ce que l'ensemble des groupes 73 P4 sont escamotables du dis-

positif et en ce que le groupe r est muni de moyens de trans-

lation sur son axe optique pour refocalisation de l'objectif en

cas de dér&glement/ notaiment par suite de variations de tempéra-

ture d'utilisation.