FR2739192A1 - Dispositif de veille panoramique optronique a grande vitesse - Google Patents
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Abstract
Le problème qui se pose avec les dispositifs de veille panoramique est l'incompatibilité entre la limitation de la fréquence de rafraîchissement de trame et la nécessité d'un temps d'intégration long pour permettre la détection des menaces modernes. L'invention propose une combinaison optique particulière permettant la projection successive, sur une même matrice de détection, d'images de bandeaux d'espace en site, cette combinaison comportant des moyens de nutation de chaque bandeau à vitesse supérieure annulant, à chaque intégration de charges, la vitesse de défilement apparent de la scène. Un dispositif de veille selon l'invention comporte une tête d'analyse (1), entraînée en rotation par un plateau tournant (2) pour que la tête (1) balaye selon une ligne de visée (LV) un champ de vue, au moins un module optique (MO1 , MO2 ) formant une image par projection du flux lumineux (Fi ) sur un détecteur (4) de type matriciel. Chaque module défini une voie optique comportant des éléments (51, M1, M'1; 52, M2, M'2) transport et de focalisation (L1 à L3) sur le détecteur (4) et un dispositif nutation (20), en rotation autour de l'objectif de focalisation (L3).
Description
La présente invention concerne le domaine de la veille panoramique
optronique dans les bandes spectrales infrarouge de transmission de l'atmosphère. Elle s'applique à la veille sol/sol et sol/air pour la détection de menaces destinées à atteindre des cibles terrestres ou aériennes, en particulier les missiles SACP (Sol/Air à Courte Portée) ou
SAMP (Sol/Air à Moyenne Portée).
Les dispositifs de veille passifs sont destinés à la surveillance de zones stratégiques à protéger. Ils permettent de détecter des menaces, o généralement aériennes, par leur propre émissivité dans une bande
infrarouge de détection.
Les dispositifs de veille panoramique classiques associent un objectif optique de focalisation du flux incident sur un détecteur composé de capteurs élémentaires en matériau semi-conducteur qui intègrent un nombre de charges proportionnel à l'intensité du flux reçu dans leur bande spectrale de sensibilité, et d'un circuit de lecture et de traitement de ces charges pour former un signal de visualisation. Classiquement, le détecteur se présente sous la forme d'une barrette comportant quelques rangées de capteurs élémentaires alignés, par exemple 4 X 256 capteurs, la barrette étant
associée à un miroir oscillant pour balayer le champ de vue en site.
L'ensemble de ces éléments de détection sont placés dans une tête d'analyse disposée sur un plateau pivotant entraîné à vitesse uniforme autour d'un axe vertical. Le mouvement de pivotement du plateau permet un balayage panoramique de la scène à surveiller à partir d'un champ de vue élémentaire défini par l'objectif et le miroir oscillant associé. L'intégration des charges collectées et leur mesure sont déclenchées, au cours du
pivotement, selon un pas régulier à l'aide d'une horloge d'échantillonnage.
Le flux de données ainsi acquis est transmis par le circuit de lecture à une unité de traitement électronique qui pilote une visualisation d'images par trame selon une vitesse de rafraîchissement liée à la vitesse d'échantillonnage, ainsi que la détection et la poursuite automatique des
mobiles dans cette image.
Le problème qui se pose habituellement avec de tels dispositifs de veille panoramique est l'incompatibilité entre la limitation de la fréquence de rafraîchissement de trame et la nécessité d'un temps d'intégration long pour permettre la détection des menaces modernes, rapides et dotées d'une grande manoeuvrabilité. Pour fixer un ordre de grandeur, la fréquence de rotation est typiquement de 1 à 2 Hz et le champ couvert en site de l'ordre de 0,1 rad. Or des fréquences plus élevées, par exemple de 5 à 20 Hz, sont impératives pour la prise en compte, sur un angle de site suffisamment important, par exemple de -5 à +40 , de menaces multiples, rapides et manoeuvrables. L'utilisation d'une matrice détectrice à la place d'une barrette pourrait permettre d'augmenter la vitesse de détection, car elle met en oeuvre simultanément 30 à 100 fois plus de capteurs élémentaires, par exemple 128 X 128 ou 256 X 256 capteurs. La condition est que le déplacement de la ligne de visée pendant le temps d'intégration des charges, typiquement de 10 à 100 ps, reste faible devant le champ élémentaire de chaque capteur. Or, au minimum 15 champs élémentaires sont alors balayés pendant le temps d'intégration élémentaire pour une fréquence de balayage de 5 Hz. Le flou d'image qui en résulte pourrait être traité électroniquement, mais il est coûteux et n'empêche pas la perte d'information. Quant aux solutions classiques à tambour à multifacettes réfléchissantes, elles sont difficiles à mettre en oeuvre dans des systèmes
optiques très ouverts.
Le but de l'invention est de résoudre le problème évoqué en proposant un dispositif de veille panoramique couvrant un domaine de surveillance en site pouvant être largement étendu, avec une portée de détection et une cadence de rafraîchissement élevées, permettant en particulier la détection de cibles rapides ou éloignées. Pour ce faire, l'invention utilise une combinaison optique particulière permettant la projection successive, sur une même matrice de détection, d'images de bandeaux d'espace découpant en site le champ de vue sur un large domaine angulaire, cette combinaison comportant également des moyens de balayage par nutation de chaque bandeau apte à augmenter le temps
d'intégration des charges dans la barrette par arrêt sur image.
Plus précisément, I'invention a pour objet un dispositif de veille panoramique optronique à vitesse élevée comportant une tête d'analyse, entraînée en rotation par un plateau tournant pour que la tête balaye selon une ligne de visée un champ de vue panoramique composé de scènes successivement observées par une partie optique, cette partie optique d'observation formant une image par projection du flux lumineux provenant de la scène sur un détecteur intégrant des charges proportionnellement à l'éclairement reçu et associé à un circuit de lecture des charges et à une unité de traitement électronique pour fournir un signal de visualisation, ce dispositif de veille étant caractérisé en ce que la partie optique d'observation comprend au moins un module optique découpant le champ de vue en bandeaux d'analyse, chaque module définissant une voie optique autour d'un axe et comportant des éléments optiques de transport d'image sur le i0 détecteur de type matriciel, dont un objectif de focalisation d'axe optique centré sur le détecteur, et un dispositif optique de nutation, entraîné en rotation autour de l'axe optique de l'objectif de focalisation pour former successivement sur le détecteur les images de scène focalisées avec une vitesse de défilement apparente, et pour imprimer à la ligne de visée une nutation à vitesse supérieure annulant, à chaque intégration des charges, la
vitesse de défilement apparente de la scène observée.
Selon une première forme de réalisation, le dispositif de veille comporte un seul module d'observation, couvrant un seul bandeau d'analyse sur par exemple 12 en site, couplé à un dispositif de nutation déviant le flux lumineux autour de l'axe optique du module d'observation. Le dispositif de nutation est constitué par exemple par un prisme ou un miroir tournant
incliné sur son axe de rotation.
Selon une autre forme de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte plusieurs modules d'observation analysant des bandeaux de préférence juxtaposés couvrant alors un large domaine angulaire en site, par exemple quatre modules couvrant de -4 à 40 en site. Les modules d'observation constituent des voies optiques sur lesquelles sont transportées les images des scènes observées pour être projetées sur le détecteur matriciel après déviation sur un miroir orienté de manière approprié. Les voies optiques sont multiplexées, par exemple à l'aide d'un dispositif d'alignement approprié, de manière à intégrer successivement les images sur le détecteur. Selon un exemple de réalisation, le dispositif de nutation est commun à tous les modules d'observation et opère, de manière combinée, la nutation et le multiplexage lors de sa rotation. Un exemple de dispositif de nutation de ce type est constitué par un périscope tournant autour de l'axe gisement et comportant deux miroirs faisant entre eux un angle déviant le flux d'un angle de nutation désiré. Selon un autre exemple, le dispositif de nutation est un barreau optique déviateur de forme
particulière, combinant également multiplexage et nutation.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de
la description qui suit, accompagnée des figures annexées qui
représentent: - la figure 1, une vue schématique en perspective d'un exemple de dispositif de veille panoramique selon un premier mode de réalisation de i0 l'invention; - la figure 2 schématise la superposition des mouvements de défilement et de nutation; -les figures 3a et 3b, la variation de la vitesse de rotation instantanée d'un point-image formé sur le détecteur en forme de cycloïde, et la variation de l'abscisse angulaire e de ce point-image, - les figures 4 à 10 des exemples de module optique et de leurs effets dans le cadre d'un premier mode de réalisation de l'invention à bandeau d'analyse unique, et - la figure 11, un exemple de mise en oeuvre du deuxième mode de réalisation de l'invention à bandeaux d'analyse complémentaires utilisant
un dispositif de nutation et de multiplexage optique périscopique.
La figure 1 présente une vue en perspective d'un exemple de dispositif de veille panoramique optronique selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de veille est qualifié d'optronique dans la mesure o la bande spectrale de détection est une bande de transmission ultraviolet, visible ou infrarouge de l'atmosphère, par opposition au domaine de détection des ondes électromagnétiques dites hyperfréquences des
dispositifs d'alerte radar.
Dans ce premier exemple illustrant le mode de réalisation à bandeau de balayage unique, le dispositif selon l'invention intègre un seul module optique d'observation constitué d'une combinaison d'éléments optiques définissant une voie optique unique. Cette voie optique analyse au cours d'un balayage panoramique du module d'observation une partie de l'espace environnant, limitée en site dans une plage angulaire déterminée et
appelée bandeau d'analyse.
Classiquement, la structure du dispositif de veille illustré par la figure 1 est principalement constituée d'une tête d'analyse 1, d'un plateau tournant 2 pour entraîner en rotation la tête d'analyse, et d'un bloc de traitement fixe 3. La tête d'analyse, le plateau et le bloc de traitements ont représentés en transparence sur la figure pour permettre la visualisation de
certains éléments qu'ils contiennent.
Sur la voie d'observation, définie par le module optique intégré MO, se propage un flux lumineux Fi provenant de la scène observée jusqu'à sa focalisation sur un détecteur 4. Le flux est limité sur cette figure et sur les i0 suivantes par des rayons extrêmes symbolisés par des pointillés. Suivant différentes possibilités d'architecture du module optique, qui seront détaillées plus loin, la voie d'observation se situe dans la tête d'analyse ou s'étend de celle-ci au bloc de traitement, le détecteur étant alors
respectivement dans la tête d'analyse ou dans le bloc de traitement.
Le module optique de l'exemple de réalisation d'un dispositif de veille selon l'invention, schématiquement illustré par la figure 1, définit une voie d'observation située dans la tête d'analyse 1. Il comporte: - un objectif de tête 5 de centre O et d'axe optique XX', fixé sur la tête d'analyse panoramique de forme sphérique 1, et définissant une ligne centrale de visée instantanée LV pour la voie d'observation; cet objectif projette le flux Fi provenant de la scène observée sur le détecteur matriciel 4 pour y former une image; le détecteur est couplé à un dispositif électronique d'échantillonnage et de lecture 6 des charges intégrées, pour élaborer un signal de visualisation; et - un prisme 7 monté sur l'axe optique X'OX en faisceau parallèle devant l'objectif 5; ce prisme taillé circulairement dans une préforme à section triangulaire, assure, par rotation autour de l'axe optique de l'objectif à l'aide de moyens connus, une nutation à vitesse élevée Qn de la ligne de visée LV autour de cet axe optique X'OX; l'amplitude et la fréquence de la
nutation sont ajustées pour satisfaire les conditions décrites ci-après.
Le plateau tournant 2 sur lequel repose l'ensemble des éléments précédents est entraîné à vitesse uniforme par un moteur asservi (non représenté) pour imprimer à l'axe optique X'OX un mouvement de balayage
panoramique en gisement autour de l'axe vertical Z'Z.
Le bloc de traitement fixe 3 comporte un module électronique de traitement 8 des signaux issus du détecteur 4 et lus par le dispositif électronique 6, transmis par une liaison, par exemple de type à joint tournant, pour élaborer un signal de visualisation de la scène observée, et un module d'extraction de cibles 9 couplé au module électronique 8. Ce module d'extraction permet l'identification, le pistage et la transmission des coordonnées des menaces détectées à un système de commande 10, par
exemple conduite de tir ou de contre-mesure.
Le dispositif de veille selon l'invention permet, par nutation de l'axe de visée LV combinée au balayage panoramique, d'augmenter la fréquence d'observation des scènes analysées sans affecter la détection en portée. L'amplitude et la fréquence de la nutation sont ajustées de manière à arrêter périodiquement le balayage apparent de la scène au moment précis de l'intégration des charges reçues par le détecteur. Pour obtenir cet "arrêt sur image", la fréquence de nutation de la ligne de visée est calée sur la
fréquence de saisie des images.
Pour mieux saisir le phénomène, il est intéressant, en référence à
la figure 2, de découpler les deux rotations pour décomposer leurs effets.
Lorsque le balayage panoramique est arrêté, tout point de la scène observée situé à l'infini sur l'axe de visée forme un point-image I de l'image de la scène dans le plan focal du détecteur. Cette image est animée, par action du dispositif de nutation, d'un mouvement de rotation de vitesse Qn, et chaque point I suit un trajet circulaire C autour du centre A du détecteur repéré par une abscisse angulaire 0. Le balayage panoramique de vitesse angulaire nb confère au point I un mouvement de défilement continu, qui se traduit sur la figure par un déplacement en translation, dans un repère relatif lié au détecteur, sur une trajectoire apparemment rectiligne T. La combinaison des deux mouvements de translation et de
nutation forme une cycloïde dont la période est fixée par celle de la nutation.
Une telle cycloïde F est représentée sur la figure 3a par la variation de la vitesse de rotation instantanée ng en fonction de l'abscisse angulaire 0 du point-image I. Sur la figure 3b, la variation de l'abscisse angulaire 0 en fonction du temps t montre des paliers pi de durée St durant lesquels le point I est immobile. Cette immobilité correspond à un arrêt de défilement
apparent de la ligne de visée.
Un tel arrêt en gisement permet d'avoir, à chaque tour de nutation, une image fixe pendant la durée ôt de cet arrêt. Cette fixité peut se traduire par l'obtention d'une visualisation particulièrement nette du fait que les charges pouvant être intégrées dans le détecteur pendant toute la durée ôt correspondent précisément à cette image fixe. Pour obtenir un tel effet, la position d'arrêt I0 du point I (figure 2) est au point de contact entre les trajectoires C et T. Pour satisfaire cette condition, il suffit de lier l'amplitude a et la vitesse de rotation Qn de la nutation à la vitesse de balayage -2b par la relation suivante, qui résulte de la correspondance classique entre vitesses angulaire et linéaire: b = a.Qn Pour utiliser cet effet afin d'améliorer la netteté d'image, I'instant de début d'intégration des charges est déclenché au moment o la vitesse apparente de défilement s'annule; ce moment coïncide avec l'instant o le point I est en position d'arrêt 10, à chaque tour de nutation, correspondant successivement aux points de rebroussements ri de la cycloïde F. L'horloge d'échantillonnage est donc programmée pour régler le déclenchement et la durée de l'intégration des charges sur ces instants de coïncidence et sur la
durée ôt d'arrêt.
Les figures qui suivent, illustrent différentes variantes de réalisation du module optique schématiquement représenté en figure 1 avec, en particulier, différents exemples de dispositifs de nutation. Les éléments identiques sont désignés par les mêmes signes de références. Il est à noter que le détecteur matriciel peut, selon que le module optique est coudé ou non, être disposé dans la tête d'analyse tournante ou dans le bloc de traitement fixe, et que le dispositif de nutation tourne autour de l'axe optique
de l'objectif de focalisation sur le détecteur.
Sur la figure 4, le dispositif de nutation est de type biprisme, dans lequel un premier prisme de nutation 11 du type précédemment décrit mais de dimension adapté par l'homme de l'art, est couplé à un autre prisme fixe 12. Ce couplage permet de compenser la dispersion chromatique pour la position correspondant à l'intégration des charges. Le biprisme est placé entre un ensemble afocal constitué de l'objectif 5 et d'un groupe de lentilles 13, et un second objectif 14 qui focalise le flux transporté Fi sur le détecteur 4. Un biprisme de nutation de ce type, adapté en dimension, peut également
être placé devant l'objectif d'entrée 5.
La figure 5 présente une même architecture optique (ensemble afocal de tête et second objectif de focalisation), coudée par un dispositif de nutation composé d'un miroir 15. Le miroir est entraîné en rotation par un moteur 16 pour tourner autour d'un axe a'ca faisant un petit angle, avec la normale N'N au miroir. La valeur de l'angle c est adaptée à la valeur de l'amplitude de nutation désirée correspondant au double de cette valeur. Du fait des propriétés de la réflexion, la nutation n'est pas dans ce cas à section io circulaire, mais à section elliptique, le grand axe de l'ellipse étant deux fois plus grand que son petit axe. L'ensemble du module d'observation ainsi défini peut être orienté pour pouvoir réaliser un balayage panoramique de l'axe de visée aussi bien horizontal (correspondant à la représentation de la figure) que vertical (correspondant à une représentation déduite de la
précédente par une rotation de 90 ).
La figure 6 présente un dispositif de nutation simplifié utilisant directement l'objectif de tête 5 de focalisation du flux Fi sur le détecteur 4, l'objectif 5 étant excentré et entraîné en rotation par tout moyen connu. Deux positions sont représentées: I'objectif non excentré en trait plein, et l'objectif excentré en pointillés. L'excentrement est obtenu en décalant angulairement l'objectif 5 pour que son axe optique X'OX conserve un angle 4 avec l'axe de rotation x'O'x tout en tournant autour de ce dernier. L'effet d'une rotation excentrée est illustré sur la figure 7 qui présente en coupe, perpendiculairement au plan de la figure précédente passant par O, une position excentrée du flux coupé Fi centré sur l'axe optique O et la rotation
circulaire Z centrée en O'.
La figure 8 représente une forme de réalisation basée sur le principe décrit en référence aux figures 4 et 5, mais dans laquelle l'élément de nutation excentré est un groupe optique 17 (position non excentré en trait plein) formant avec l'objectif d'entrée 5 un dispositif afocal 18, ce dispositif afocal étant conjugué à l'objectif de focalisation 14 qui focalise le flux sur le détecteur 4. Le groupe 17 est excentré (position en pointillés) de sorte que son axe optique Y'Y tourne autour d'un axe de rotation x'x confondu avec l'axe O"A de l'objectif de focalisation 14 centré en O" du détecteur 4 centré enA. Le dispositif de nutation présenté par la figure 9 reprend la même architecture de base mais en utilisant, comme dispositif de nutation, une lame à faces parallèles 19 d'axe I'l incliné sur l'axe optique x'x. Cette lame est placée en faisceau convergent dans le dispositif afocal illustré par la figure 4, et constitué de l'objectif de tête 5 et du groupe optique 13. La lame 19 est entraînée en rotation dans des conditions de motorisation adaptées
par l'homme de l'art.
La figure 10 présente un dispositif de nutation utilisant un périscope 20 comportant deux miroirs 21 et 22 faisant entre eux un angle de 1o faible valeur pour obtenir une nutation d'amplitude voulue correspondant au double de cette valeur. Le périscope est inséré en faisceau parallèle entre le groupe optique arrière 13 de l'ensemble afocal précédent, et l'objectif de focalisation 14 sur le détecteur 4 de centre A, cet objectif de focalisation 14
de centre O" étant disposé hors de l'axe de l'afocal.
Les miroirs du périscope 21 et 22 sont respectivement inclinés sur l'axe optique X'OX de l'ensemble afocal et sur l'axe optique parallèle O"A de l'objectif de focalisation, de sorte que le flux incident Fi puisse être dévié et focalisé sur le détecteur 4 lorsque le périscope est dans la position représentée sur la figure. Disposé en faisceau parallèle, il décale le flux lumineux sans affecter la mise au point du module optique. Le périscope 20 tourne autour de l'axe O"A de l'objectif de focalisation 13 par l'action d'un moteur d'entraînement 23, sa vitesse d'entraînement pouvant être par exemple 10 fois celle de la vitesse de balayage gisement. La nutation du flux Fi résulte du non-parallélisme des miroirs du périscope, selon un angle très
faible, par exemple égal à 28 mrad.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, une architecture utilisant plusieurs modules optiques, du type décrit précédemment, permet de multiplier les voies optiques pour balayer plusieurs bandeaux d'analyse sensiblement juxtaposés, avec un très faible recouvrement pour assurer la continuité de visualisation. Dans ces conditions, la couverture globale en site peut s'étendre sur un très large domaine. Par exemple, si chaque bandeau couvre un domaine angulaire de 12 en site, la couverture de quatre bandeaux complémentaires s'étale en
site sur une plage pouvant aller de -4 à 44 .
Les voies optiques sont multiplexées par un dispositif optique adapté, par exemple un déviateur optique tournant à alignement alterné, pour que les flux focalisés sur ces voies puissent être traités par un seul détecteur matriciel. L'intégration des charges collectées et leur mesure est déclenchée, au cours du pivotement, selon un pas adapté à l'aide de l'horloge d'échantillonnage. D'autre part, suivant le type de dispositif de nutation utilisé, l'architecture optique est bâtie de sorte que les modules de mise en oeuvre des voies optiques utilisent chacun un dispositif de nutation ou bien utilisent un seul dispositif de nutation mis en commun. Dans ce io dernier cas, le dispositif de nutation peut être adapté de manière à cumuler
les fonctions de nutation et de multiplexage optique.
La figure 11 présente à titre d'exemple un dispositif de veille à quatre voies optiques disposées en quadrature mises en oeuvre par quatre modules optiques. Le dispositif de veille comporte classiquement la tête i5 d'analyse 1 sphérique, de diamètre égal à 300 mm, entraînée en rotation par le plateau 2 selon un axe central vertical Z'Z passant par le centre S de la tête sphérique, et le bloc de traitement fixe 3. La figure étant une représentation en coupe centrale, seul deux voies sont visibles. Dans cet exemple, le dispositif de nutation, du type périscopique 20, décrit précédemment, est commun aux modules optiques et assure la double
fonction de nutation et de multiplexage des voies optiques.
Chaque module optique, MO1 et MO2 comporte une partie propre située dans la tête d'analyse tournante 1 et une partie commune disposée
dans le bloc de traitement fixe 3.
La partie propre se compose d'un objectif d'entrée, 51 ou 52, conjugué d'un groupe optique par l'intermédiaire d'un miroir de renvoi optique, 61 ou 62, parallèlement à l'axe de rotation de la tête d'analyse confondu avec l'axe optique de la partie optique commune. L'objectif d'entrée et son groupe conjugué, composé de deux ménisques M1, M'1 ou
M2, M'2, forment un ensemble optique afocal d'entrée, de grossissement 5.
Les axes, A1 ou A2, de ces ensembles afocaux sont alignés successivement
avec l'axe d'entrée du dispositif périscopique de nutation 20.
La partie commune se compose du dispositif périscopique de nutation 20 et d'un groupe optique de transport d'image et de focalisation G d'axe optique colinéaire à l'axe de balayage panoramique. Le groupe optique G est constitué de trois lentilles, les deux premières, L1 et L2, formant un groupe afocal, et la troisième, L3, étant l'objectif de focalisation au foyer duquel est placé le détecteur matriciel. L'image ainsi transportée est focalisée sur le détecteur matriciel infrarouge 4 comportant ici 256 X 256 capteurs élémentaires, disposé dans un cryostat K. Le système de refroidissement de ce cryostat (non représenté) et les conditions de mise en oeuvre sont connus de l'homme de l'art. Le détecteur est ici encore couplé à un module électronique de traitement de signal et à un module d'extraction
de cibles ( ces modules ne sont pas représentés).
Les flux incidents, tels que F1 et F2, captés par les ensembles optiques afocaux d'entrée et pointés par les lignes de visée LV1 et LV2, sont transmis en faisceaux parallèles au sortir de la tête d'analyse, de sorte que le dispositif périscopique opère également en faisceau parallèle, ce qui permet de conserver les réglages préalables de mise au point. Dans le bloc de traitement, les flux, repositionnés par le dispositif périscopique sur l'axe optique du groupe G, sont transportés et focalisés successivement (par l'intermédiaire de ce groupe optique G), sur le détecteur 4 lors de la rotation du périscope de nutation. Le périscope est entraîné par son moteur (non représenté) à une fréquence de rotation adaptée, ici égale à 200 Hz, de façon à tourner autour de l'axe optique du groupe de transport et de focalisation G. Ce moteur est, dans l'exemple de réalisation, un moteur
synchrone à hystérésis alimenté à fréquence constante.
Ces focalisations successives réalisent ainsi le multiplexage optique entre les voies. La tête d'analyse 1 est, quant à elle, entraînée par un moteur annulaire 24 intégré au plateau tournant 2, à la fréquence de rotation égale à 5 Hz. Entre le rotor 25 et le stator 26 de ce moteur annulaire, sont insérés classiquement des capteurs de position, tels que les capteurs C1 et C2, pour permettre de contrôler la vitesse d'entraînement, et
des roulements, tels que les roulements R1 et R2, pour stabiliser le plateau.
La valeur de la fréquence de balayage de la tête d'analyse, par exemple égale à 5 Hz, est en correspondance avec la fréquence de rotation,
par exemple égale à 180 Hz, du périscope de nutation et de multiplexage.
La synchronisation entre la vitesse de rotation du dispositif de nutation périscopique, la durée (classiquement 100 ps) et les instants d'intégration des charges (effectuée par l'horloge d'échantillonnage du détecteur), permet alors de multiplexer plusieurs voies optiques, quatre voies dans le cas présent, et d'arrêter le défilement apparent de l'image formée par chaque voie optique, à chaque intégration de charges. Une étude cinématique de la nutation montre que le mouvement d'image pendant un temps d'intégration égal à 100 ps est négligeable en gisement et très faible en site, typiquement
inférieur à 65 prad.
La fréquence de rafraîchissement de trame est alors égale à la fréquence de balayage de la tête d'analyse: le détecteur matriciel reçoit successivement, à chaque tour de balayage, quatre images avec des rotations apparentes de 90 entre elles. Le module de traitement de signal permet, par la mise en oeuvre de moyens connus en soi, de remettre ces
images dans le sens d'observation normal.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Les n modules optiques du mode de réalisation à voies optiques multiples peuvent par exemple être disposés de manière semblablepour couvrir la même plage angulaire en site. L'intérêt de cette variante de réalisation est de permettre une fréquence de trames n fois plus élevée que
la fréquence de balayage de la tête d'analyse.
Un dispositif à commutation de voies optiques multiples de même couverture en site vers des voies optiques de couverture complémentaire permet de passer d'un mode d'utilisation à bandeau d'analyse unique et fréquence de trames élevée à un mode d'utilisation à couverture en site
élargie. Les avantages des deux modes sont ainsi exploités.
D'autre part, il est possible de changer la structure des dispositifs optiques sans sortir du cadre de l'invention, par exemple en utilisant des éléments dioptriques à la place d'éléments spéculaires. Ainsi, le dispositif périscopique de nutation et de multiplexage peut utiliser à la place des miroirs du périscope un barreau déviateur quasiparallélépipédique dont les faces d'entrée et de sortie forment un dièdre d'angle égal à la moitié de
I'angle de nutation.
Claims (18)
1. Dispositif de veille panoramique optronique à vitesse élevée comportant une tête d'analyse (1), entraînée en rotation par un plateau tournant (2) pour que la tête (1) balaye selon une ligne de visée (LV) un champ de vue panoramique composé de scènes successivement observées par une partie optique, cette partie optique d'observation formant une image par projection du flux lumineux (Fi) provenant de la scène sur un détecteur (4) intégrant des charges proportionnellement à l'éclairement reçu et associé i0 à un circuit de lecture des charges (8) et à une unité de traitement électronique (9) pour fournir un signal de visualisation, ce dispositif de veille étant caractérisé en ce que la partie optique d'observation comprend au moins un module optique (MO, MO1, MO2) découpant le champ de vue en bandeaux d'analyse, chaque module définissant une voie optique autour d'un axe (X'OX, O"A) et comportant des éléments optiques (5, 13, 14; 51, M1, M'1; 52, M2, M'2; G) de transport d'image sur le détecteur (4) de type matriciel, dont un objectif de focalisation (14) d'axe optique (O"A) centré sur le détecteur (4), et un dispositif optique de nutation (5, 7, 12, 15, 17), entraîné en rotation autour de l'axe optique (O"A) de l'objectif de focalisation (14) pour former successivement sur le détecteur (4) les images de scène focalisées avec une vitesse de défilement apparente, et pour imprimer à la ligne de visée (LV) une nutation à vitesse supérieure annulant, à chaque intégration des charges, la vitesse de défilement apparente de la scène observée.
2. Dispositif de veille selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de nutation est un prisme (7) placé sur l'axe optique (X'OX) de la ligne de visée (LV) en faisceau parallèle devant l'objectif (5); ce prisme réalise, par rotation autour de l'axe optique (X'OX) de l'objectif (5) une nutation de la ligne de visée (LV), I'amplitude a et la vitesse 2n de la nutation sont ajustées pour satisfaire la relation: Qb = a.-n (Qb étant la vitesse de balayage)
3. Dispositif de veille selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de nutation est un biprisme constitué d'un premier prisme (11), qui réalise par rotation autour de l'axe optique (X'OX) de l'objectif (5) une nutation de la ligne de visée (LV), couplé à un autre prisme fixe (12), le biprisme (11,12) étant placé entre un ensemble afocal, constitué de l'objectif (5) et d'un groupe de lentilles (13), et un second objectif (14) qui focalise le
flux transporté (Fi) sur le détecteur matriciel (4).
4. Dispositif de veille selon la revendication 3, caractérisé en ce 1o que le biprisme de nutation (11, 12) est placé devant l'objectif d'entrée (5) du
module optique d'observation.
5. Dispositif de veille selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de nutation est constitué d'un miroir (15) entraîné en rotation par un moteur (16) pour tourner autour d'un axe (oa'c) faisant un angle (E) avec la normale (N'N) au miroir (15), et en ce que ce miroir (15) est placé entre un ensemble afocal, constitué de l'objectif (5) et d'un groupe de lentilles (13), et un second objectif (14) qui focalise le flux transporté (Fi) sur le détecteur matriciel (4), le module optique étant coudé par le miroir de
nutation (15).
6. Dispositif de veille selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de nutation est constitué par l'objectif de tête (5) qui focalise directement le flux (Fi) sur le détecteur (4), I'objectif (5) étant entraîné en rotation autour d'un axe (x'O'x) et excentré par décalage angulaire constant (4) entre son axe optique (X'OX) et l'axe de rotation (x'O'x) tout en tournant
autour de ce dernier.
7. Dispositif de veille selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de nutation est un groupe optique (17) formant avec l'objectif d'entrée (5) un dispositif afocal (18), ce groupe optique (17) d'axe optique (Y'Y) est excentré de sorte que son axe optique (Y'Y) tourne autour d'un axe parallèle à l'axe optique (O"A) d'un objectif (14) de focalisation sur
le détecteur (4).
8. Dispositif de veille selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de nutation est une lame à faces parallèles (19) d'axe ('l) incliné sur l'axe optique (X'OX) de l'objectif de tête (5), en ce que la lame (9) est placée en faisceaux convergents dans un ensemble afocal constitué de l'objectif (5) et d'un groupe de lentilles (13), un second objectif (14) de focalisation d'axe optique (O"A) centré sur le détecteur matriciel (4), et en ce que la lame (19) est entraînée en rotation autour de l'axe optique (X'OX)
coïncidant avec l'axe optique de l'objectif (4) du détecteur (4).
9. Dispositif de veille selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de nutation est un périscope (20) constitué de deux miroirs (21) et (22) faisant entre eux un écart angulaire pour obtenir une nutation d'amplitude égale au double de cet écart angulaire, ce périscope (20) étant inséré en faisceaux parallèles dans le module optique (MO) entre un groupe optique arrière(13) qui constitue un ensemble afocal avec l'objectif d'entrée (5), et un objectif de focalisation (14) du flux (Fi) sur le détecteur (4), cet objectif (14) étant disposé hors de l'axe (X'OX) de l'ensemble afocal (5, 13) de sorte que les miroirs (21, 22) du périscope (20) sont respectivement inclinés sur l'axe optique (X'OX) de l'ensemble afocal et sur l'axe optique (O"A) de l'objectif de focalisation (14), et en ce que le périscope (20) tourne
autour de cet axe optique (O"A) par l'action d'un moteur d'entraînement (23).
10. Dispositif de veille selon la revendication 9, caractérisé en ce que les miroirs (21, 22) du périscope (20) sont remplacées par un barreau
optique à surfaces extrêmes coïncidant avec lesdits miroirs.
11. Dispositif de veille selon la revendication 1 comprenant plusieurs modules optiques (MO1, MO2) réparties régulièrement autour de l'axe de rotation de la tête d'analyse (1) et définissant plusieurs voies optiques pour balayer plusieurs bandeaux d'analyse, caractérisé en ce que les voies optiques comportent un dispositif de nutation commun de type
périscopique (20) selon les revendications 9 ou 10 et sont multiplexées
optiquement par ce dispositif périscopique (20) pour que les flux (F1, F2) provenant des scènes observées par les objectifs d'entrée (51, 52) et transmis en faisceaux parallèles au bloc de traitement (3) soient repositionnés par le dispositif périscopique (20) sur l'axe de rotation du dispositif périscopique, puis transportés et focalisés successivement par un
groupe optique (G) sur le détecteur matriciel (4).
12. Dispositif de veille selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'intégration des charges collectées et leur mesure sont déclenchées, au cours du balayage panoramique de la tête d'analyse (1), selon un pas adapté à l'aide de l'horloge d'échantillonnage, la vitesse de rotation du dispositif de nutation périscopique, la durée et les instants d'intégration des charges sont synchronisés pour que l'arrêt du défilement apparent de l'image formée par chaque voie optique coïncide avec chaque intégration de charges.
13 Dispositif de veille selon la revendication 12, caractérisé en ce que chaque module optique (MO1, MO2) comporte une partie propre située dans la tête d'analyse tournante (1) présentant un axe de rotation (Z'Z) et une partie commune disposée dans le bloc de traitement fixe (3) présentant un axe optique colinéaire à l'axe de rotation de la tête d'analyse, en ce que la partie propre se compose de l'objectif d'entrée (51, 52) conjugué d'un groupe optique (M1, M'1; M2, M'2) par l'intermédiaire d'un miroir de renvoi optique (61, 62) parallèlement à l'axe de rotation (Z'Z) de la tête d'analyse, en ce que l'objectif d'entrée (51, 52) et son groupe conjugué (G1, G2) forment un ensemble optique afocal d'entrée présentant des axes (A51, A2) parallèles, en ce que les axes (A51, A52) de ces ensembles afocaux sont alignés successivement avec l'axe d'entrée du dispositif périscopique de nutation (20), et en ce que la partie commune se compose du dispositif périscopique de nutation (20) et d'un groupe optique de transport d'image et de focalisation (G) d'axe optique colinéaire à l'axe de balayage panoramique
(Z'Z) au foyer duquel est placé le détecteur matriciel (4).
14. Dispositif de veille selon l'une quelconque des revendications
11 à 13, caractérisé en ce que, le détecteur matriciel (4) reçoit successivement, à chaque tour de balayage de la tête d'analyse (1), n images formées par les n voies optiques avec des rotations apparentes de 360/n entre elles, et en ce que le module de traitement de signal (8) remet
ces images dans le sens d'observation normal.
15. Dispositif de veille selon l'une des revendications 12 à 14,
caractérisé en ce que les n modules optiques couvrent une même plage angulaire en site correspondant à n bandeaux d'analyse superposés, ce qui donne une fréquence de trames n fois plus élevée que la fréquence de
balayage de la tête d'analyse (1).
o
16. Dispositif de veille selon l'une des revendications 12 à 14,
caractérisé en ce que les n modules optiques couvrent n plages angulaires en site complémentaires correspondant à n bandeaux en site sensiblement juxtaposés.
17. Dispositif de veille selon l'une des revendications 12 à 14,
caractérisé en ce qu'un dispositif de commutation entre des voies optiques multiples de même couverture en site et des voies optiques de couverture complémentaire, fait passer d'un mode d'utilisation à n bandeaux d'analyse superposés et fréquence de trames n fois plus élevée à un mode d'utilisation à n bandeaux d'analyse sensiblement juxtaposés et couverture en site n fois
plus large.
18. Dispositif de multiplexage de voies optiques (MO1, MO2) captant des flux (F1, F2) provenant de scènes à observer et comportant un objectif final commun (14) présentant un axe optique (O"A) et focalisant ces flux sur un détecteur matriciel (4), caractérisé en ce qu'il comporte un
périscope selon les revendications 9 ou 10 tournant autour de l'axe (O"A) de
l'objectif (14) de focalisation sur le détecteur(4).
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