FR2846754A1 - Dispositif d'observation comportant un anti-eblouissement - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif optique comprenant un moyen de filtration dynamique d'une source de très forte luminosité, caractérisé en ce que ledit moyen de filtration est constitué par un miroir (1) présentant une zone (2) de moindre réflexion et un moyen d'asservissement de la position dudit miroir (1) en fonction de la position de la source de très forte luminosité dans l'image formée sur ledit miroir(1).

Description

DISPOSITIF D'OBSERVATION COMPORTANT UN MOYEN ANTIEBLOUISSEMENT

La présente invention concerne le domaine des équipements optiques pour l'observation de scènes présentant une zone de très forte luminosité. Elle concerne notamment, mais non limitativement, des équipements optiques pour l'observation solaire, ou pour l'imagerie industrielle, dans des environnements mettant en oeuvre un faisceau laser. L'observation de 10 scènes présentant une zone de très forte luminosité produit un effet d'éblouissement en cas d'utilisation par un opérateur humain ou par un capteur photosensible, voire

de dégradation irréversible du capteur.

Un grand nombre de systèmes optiques (oeil, 15 caméras, senseurs) subissent des perturbations de

performances, voire des altérations irrémédiables, dans des situations de grand contraste lumineux en présence d'une ou plusieurs sources de lumière de grande intensité.

Le soleil en est un exemple, ainsi que les faisceaux laser 20 pour les utilisateurs militaires. Dans de telles situations, la réaction naturelle de tout capteur est de clore au maximum le diaphragme (iris de l'oeil humain) afin de se protéger. En contrepartie de cette protection, les sources de lumière faible ne sont plus perçues, et 25 affectent les performances du capteur au point de le

rendre éventuellement inutilisable.

On a proposé dans l'état de la technique différentes solutions pour limiter les effets d'éblouissements. La solution la plus simple consiste à utiliser des filtres ou un diaphragme réduisant la luminosité de la source d'éblouissement. Cette solution n'est pas très satisfaisante car elle réduit le niveau global de luminosité et occulte les parties observées de faible luminosité. On a également proposé dans la demande de brevet PCT W00023833A1 un dispositif et un procédé servant à 5 supprimer les lumières brillantes au moyen de techniques holographiques. Ce dispositif de l'art antérieur comprend une pluralité d'éléments holographiques commutables (SHOEs), une pluralité de détecteurs, ainsi qu'un circuit de traitement couplé aux SHOEs et aux détecteurs. Chaque 10 SHOE possède un champ de visualisation. A chaque SHOE peut correspondre un détecteur possédant un champ de couverture visuelle couvrant pratiquement les mêmes points que le champ de visualisation correspondant. Quand une lumière émise par une source brillante est incidente par rapport à 15 un détecteur, celui-ci émet un signal de sortie vers le circuit de traitement. Ce dernier active le SHOE correspondant, ce qui diffracte une partie de la lumière incidente par rapport au SHOE afin d'éloigner cette lumière d'un individu susceptible de la percevoir. Quand 20 aucune lumière n'est incidente par rapport à un détecteur,

le circuit de traitement arrête l'activation du SHOE correspondant, ce qui permet au SHOE de transmettre la totalité de la lumière incidente sans modification importante. Ces SHOEs peuvent être fabriqués en un 25 matériau de cristaux liquides dispersés dans un polymère.

L'efficacité de ce dispositif est limitée, et les perturbations des zones de faibles luminosité restent trop élevées pour certaines applications nécessitant une grande

fidélité de l'image.

On a également proposé dans la demande de brevet américain US2000000988855 un système de filtration dynamique consistant à asservir l'opacité d'un élément filtrant en fonction de l'intensité lumineuse détectée par

un capteur recevant une partie du signal incident.

Le but de la présente invention est de proposer un

dispositif garantissant que le faisceau incident contenant la (les) source(s) dépassant un seuil ajustable est débarrassé de la quantité de lumière en excès provenant de 5 ces sources, sans altération du reste du faisceau.

L'utilisateur reçoit donc ce faisceau modifié et perçoit la lumière en provenance de sa source initiale et non d'une image transformée (image électronique par exemple).

Outre d'autres avantages, la raison essentielle de ce 10 choix est que de nombreux utilisateurs ou services de sécurité n'acceptent pas d'utiliser des images électroniques à la place des images réelles dans tout

système mobile habité.

Le système selon la présente invention est 15 constitué d'une optique d'entrée (objectif), d'un filtre actif commande à travers une boucle

détection/sélection/asservissement, d'un éventuel étage de filtration active complémentaire o peuvent également se superposer des informations diverses, et enfin d'un 20 objectif de sortie adapté à l'utilisation.

L'invention concerne, selon son acception la plus générale, un dispositif optique comprenant un moyen de filtration dynamique d'une source de très forte luminosité, caractérisé en ce que ledit moyen de 25 filtration est constitué par un miroir présentant une zone de moindre réflexion et un moyen d'asservissement de la position dudit miroir en fonction de la position de la source de très forte luminosité dans l'image formée sur

ledit miroir.

Selon une première variante, ladite zone de

moindre réflexion est constituée par un trou.

Selon une deuxième variante, ladite zone de moindre réflexion est constituée par un diaphragme de

section variable.

Selon une troisième variante, la zone de moindre

réflexion est constituée par une zone semi-réfléchissante.

De préférence, le dispositif comprend un analyseur d'image recevant une partie du faisceau incident et délivrant un signal d'asservissement du miroir. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui suit, se référant aux dessins annexés correspondant à des exemples non limitatifs de réalisation

o: - la figure 1 représente une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 représente le schéma de principe de l'invention; - la figure 3 représente une vue schématique d'une variante de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 1 représente une vue d'un exemple de

réalisation de l'invention.

Cet exemple correspond à une situation o la source de très forte luminosité est le soleil, et

constitue l'unique source d'éblouissement.

Le dispositif comprend un miroir (1) présentant une zone centrale (2) non réfléchissante. L'image est 25 formée sur le miroir par un objectif (3) dont le champ et le grossissement sont déterminés de façon connue. La section de la zone non réfléchissante (2) est déterminée de façon à correspondre sensiblement à la section de

l'image de la source d'éblouissement.

Un diviseur de faisceau (5) renvoie vers un capteur CCD (4) une image conforme à l'image incidente non traitée. Le capteur (4) délivre un signal à un calculateur déterminant la position du centre de l'image de la source d'éblouissement. Le diviseur de faisceau (5) est par exemple constitué par un miroir semi-transparent présentant un taux de transmission très élevé, de façon à ce que le capteur (4) reçoive un signal lumineux de la

source d'éblouissement compatible avec sa sensibilité.

Ce signal d'asservissement peut également être délivré par une caméra (7) solidaire du support du miroir (1) et recevant une image avec une orientation constante

par rapport à l'axe optique (10) du dispositif.

L'analyse du signal délivré par le capteur permet 10 de générer les signaux d'asservissement de la position du miroir (1) par rapport à l'axe optique (10). Le déplacement est assuré selon deux axes X-Y perpendiculaires à l'axe optique (10), de façon à ce que l'image de la source d'éblouissement se forme dans la zone 15 de faible réflexion (2), sur l'axe optique lorsque cette

zone est centrée par rapport au miroir (1).

L'image traitée est ensuite dirigée vers un

oculaire (6) pour une observation directe ou par un équipement de prise de vue tel qu'une caméra ou un 20 appareil photographique.

La figure 2 représente le schéma optique du

dispositif décrit.

L'observateur S (l'oeil de l'utilisateur, une caméra, un appareil photographique ou encore un instrument 25 de métrologie) observe une scène à l'infini avec un champ optique Cl. Ce champ optique Cl présente une zone active C2 dans laquelle est situé l'élément éblouissant, par

exemple le soleil.

L'observateur S et le champ Cl d'une part, et le 30 champ C2 d'autre part, définissent deux cônes.

Le plan P perpendiculaire à l'axe optique coupe les deux cônes. L'intersection forme deux surfaces Ccl et Cc2 homothétiques respectivement à Cl et C2. Ces deux surfaces sont des surfaces réelles, la surface C2 étant désigné par "surface d'éclipse ". Une deuxième série de cônes sont formés entre un capteur S' et les champs Cl et C2. L'intersection avec le plan P de ces deux cônes se traduit par des surfaces respectivement C'cl et C'c2; 5 cette dernière surface étant désignée par " la surface

d'éblouissement ".

Pour la majeure partie des applications, la

surface Cc2 est supprimée et remplacée par une surface équivalente provenant du cône Cl. Pour certaines 10 applications, les sources d'éblouissement sont multiples.

La figure 3 représente une vue schématique d'une

variante de réalisation, pour la réalisation d'un bloc optique compact. Il comprend un assemblage de lentilles et un diaphragme formant un objectif (20) du type " système 15 de Edmund ".

A titre d'exemple, l'objectif présente une focale de 50 millimètres et comporte un doublet de diamètre de 25 millimètres, référencé M32-323 dans le catalogue Edmund

Industrial Optics (nom commercial).

Le faisceau incident est réfléchi par un miroir (21) pour réduire l'encombrement longitudinal du dispositif. Un groupe de lentilles (22) assure l'inversion

de l'image et travaille en montage 2f-2f.

Le miroir troué (23) est placé dans le plan focal 25 de l'objectif. Ce miroir troué (23) est un miroir plan présentant un diamètre de 10 millimètres et un perçage conique de 1,5 millimètres en son centre. Il est monté sur une platine motorisée selon deux axes X-Y perpendiculaires à l'axe optique. Le perçage conique du fond du miroir 30 présente la forme d'un cône d'angle au sommet compris entre 400 et 600 et un trou présentant une ouverture

comprise entre 1,2 et 2,5 millimètres.

Le déplacement du miroir troué (23) est commandé par un calculateur en fonction du signal délivré par une 35 matrice CCD (Caméra à transfert de charges). Le signal de sortie de cette matrice est codé pour chaque pixel sur 2 octets, le premier étant réservé au bleu, et le second étant partagé entre le rouge et le vert. Le calculateur réalise une détection de seuil à partir d'un seuil fixe 5 pour chacun des deux octets. Si un pixel présente pour un des deux octets une valeur supérieure à la valeur seuil, le calculateur le défini comme appartenant à la zone de points Mi de formation de la tache lumineuse de forte intensité. Le calculateur détermine ensuite le barycentre 10 G de cette zone, ainsi que les coordonnées du centre de la zone. Le seuil peut également être déterminé de façon dynamique. Les coordonnées du centre de la zone sont 15 utilisées pour commander le déplacement des moteurs de positionnement du miroir troué. Ce déplacement peut être réalisé pixel par pixel. Dans ce cas, la position du miroir troué est recalculée chaque fois que la position du centre de la tache est modifiée. Le déplacement est 20 calculé selon une formule de changement de repère permettant de passer du référentiel de l'image au

référentiel du miroir troué.

Le déplacement peut également être calculé à l'intérieur d'une grille virtuelle correspondant à une 25 division de l'image en cases. Dans ce cas, tant que l'image du centre de la zone de forte luminosité reste

dans la même case, la position du miroir est inchangée.

Lorsque la position du centre de la tache change de case, le miroir est déplacé. La taille des cases est 30 choisie de manière à ce que le déplacement de la source lumineuse à l'intérieur de la case n'éblouisse pas l'utilisateur. Une taille voisine de celle de l'ouverture

du trou du miroir troué constitue un bon compromis.

Le dispositif décrit en figure 3 comporte en outre une lentille de champ (24), un miroir de renvoi (25) et un groupement de lentilles (26) formant un oculaire. Cet

oculaire présente la même focale que l'objectif (20).

De façon générale, le miroir troué peut être remplacé par un moyen équivalent, et notamment par un miroir matriciel formé par une matrice de micro miroirs carrés de 16 micromètres de côté. Ces micro-miroirs sont montés sur des actionneurs assurant une orientation de

+100.

La zone correspondant à la tache lumineuse est commandée de façon à ce que les micro-miroirs correspondants renvoient la lumière dans une direction différente de celle correspondant à l'axe optique. De tels 15 miroirs matriciels permettent de gérer une pluralité de

sources de très forte luminosité.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif optique comprenant un moyen de filtration dynamique d'une source de très forte 5 luminosité, caractérisé en ce que ledit moyen de

filtration est constitué par un miroir (1) présentant une zone (2) de moindre réflexion et un moyen d'asservissement de la position dudit miroir (1) en fonction de la position de la source de très forte luminosité dans l'image formée 10 sur ledit miroir (1).

2 - Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone (2) de moindre réflexion

est constituée par un trou.

3 - Dispositif optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit trou est formé par un perçage

conique du fond du miroir.

4 - Dispositif optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit perçage conique du fond du miroir présente la forme d'un cône d'angle au sommet

compris entre 400 et 600.

5 - Dispositif optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit trou présente une ouverture

comprise entre 1,2 et 2,5 millimètres.

6 - Dispositif optique selon la revendication 2, 30 caractérisé en ce que ladite zone (2) de moindre réflexion

est constituée par un diaphragme de section variable.

7 - Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir (1) est constitué par une matrice de micro-miroirs orientables commandée pour former une zone o la réflexion se fait selon une direction différente de la direction de réflexion du faisceau principal.

8 Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone (2) de moindre réflexion

est constituée par une zone semi-réfléchissante.

9 - Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un analyseur d'image (4) recevant une partie du faisceau incident et délivrant un

signal d'asservissement du miroir (1).