FR2872301A1 - Dispositif optique pour une tete chercheuse - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un dispositif optique (2) pour une tête chercheuse (16) pour reproduire une zone-objet sur une unité de détection (4), comprenant une unité de commande (24), une première unité optique (10) avec deux prismes, une deuxième unité optique (14) et une unité de déflexion des rayons (18), la première unité optique (10) étant conçue pour diriger sur l'unité de déflexion des rayons (18), de façon superposée, le rayonnement provenant d'au moins deux parties de la zone-objet, et l'unité de déflexion des rayons (18) étant conçue pour sélectionner l'une des deux parties et, en combinaison avec la deuxième unité optique (14), pour reproduire la partie sélectionnée sur l'unité de détection (4).

Description

L'invention part d'un dispositif optique pour une tête chercheuse, pour
reproduire une zone-objet sur une unité de détection, comprenant une unité de commande, une première unité optique avec deux éléments optiques au moins en partie transparents, en particulier des
prismes, une deuxième unité optique et une unité de déflexion de rayon, la première unité optique étant conçue pour diriger sur l'unité de déflexion de rayon, de façon superposée, le rayonnement provenant d'au moins deux parties de la zone-objet, et l'unité de déflexion de rayon étant conçue pour sélectionner l'une des deux parties et, en combinaison avec la deuxième unité optique, pour reproduire la partie sélectionnée sur l'unité de détection.
Une optique de poursuite d'objectif d'une tète chercheuse, par exemple d'une tête chercheuse de missile ou d'une tête chercheuse au sol, sert à reproduire une zone-objet dans l'environnement de la tête chercheuse, avec une fréquence élevée de répétition de l'image. La tête chercheuse est soumise ici en règle générale à des secousses ou vibrations qui rendent difficile une exploitation des images prises. De plus, une exploitation peut être rendue difficile par un rayonnement parasite émis à des fins de défense.
L'invention a donc pour but d'indiquer un dispositif optique pour une tête chercheuse qui comprenne une optique facilitant l'exploitation d'images.
Ce but est atteint avec un dispositif optique du type précité qui, selon l'invention, comprend un actionneur de mouvement micromécanique, les éléments optiques étant supportés de manière mobile les uns par rapport aux autres et l'unité de commande étant conçue pour commander l'actionneur de mouvement et pour régler une distance entre les éléments optiques. Du fait de la possibilité de régler la distance entre les éléments optiques, le parcours des rayons peut être corrigé par les éléments optiques pendant la prise d'une série d'images.
Les images peuvent en particulier être stabilisées par rapport à une vibration ou une secousse, et un rayonnement indésirable peut être supprimé au moins en partie. L'actionneur de mouvement micromécanique permet une précision du mouvement inférieure à 1 m et peut être un élément piézoélectrique. Les éléments optiques peuvent être des prismes qui ont la forme d'un polyèdre quelconque.
De manière avantageuse, le dispositif comprend au moins trois actionneurs de mouvement pouvant être commandés indépendamment les uns des autres, l'unité de commande étant conçue pour la commande d'un basculement des éléments optiques les uns par rapport aux autres. Par un basculement des éléments optiques les uns par rapport aux autres on peut obtenir une faible déflexion du trajet du faisceau dans un domaine inférieur à 1 pixel avec une très grande précision. Grâce à trois actionneurs de mouvement pouvant être commandés indépendamment les uns des autres, on peut produire un basculement des éléments optiques autour d'un premier axe et, indépendamment de ceci autour d'un deuxième axe, différent du premier. De plus, les éléments optiques peuvent être supportés de façon stable avec trois actionneurs de mouvement.
De manière avantageuse, le dispositif comprend une unité de détection et un moyen pour déterminer une position de la reproduction sur l'unité de détection, l'unité de commande étant conçue pour commander un basculement des éléments optiques en fonction de données prédéfinies du moyen. On peut obtenir une stabilité des lignes visuelles d'images prises successivement. Le moyen peut être une unité de traitement d'image qui détermine par exemple un contour prononcé d'une image prise de la zone- objet, et compare la position à celle du contour dans une image successive. Dans le cas d'un écart indésirable entre les positions, dû par exemple à une vibration ou à une secousse, les éléments optiques peuvent être basculés en conséquence, avant la prise d'une troisième image, ce qui a pour effet de corriger le parcours des rayons de manière que le contour vienne se placer dans une position voulue. Il est possible aussi que le moyen soit un capteur d'accélération. Il peut enregistrer une accélération et déterminer, à l'aide par exemple d'un champ caractéristique, un basculement de correction des éléments optiques les uns par rapport aux autres, et provoquer une commande correspondante de l'actionneur de mouvement.
De manière avantageuse, l'unité de commande et le moyen de détermination d'une position de la reproduction forment un circuit de régulation. On peut obtenir une stabilisation efficace et rapide des lignes de visibilité. La régulation effectuée par le circuit de régulation peut être activée et désactivée manuellement, et il est possible aussi de rendre la régulation dépendante d'un paramètre, par exemple d'une vibration ou d'une quantité de secousses. La régulation peut être une régulation fermée dans laquelle aucun autre paramètre n'influe sur la grandeur de régulation ou la stabilisation des lignes de visibilité. Il est possible aussi d'inclure dans la régulation d'autres paramètres, tels que par exemple la température ou la fréquence d'accélération ou des valeurs d'accélération.
Un réglage stable et précis de l'écartement des éléments optiques peut s'obtenir en soutenant les éléments optiques les uns par rapport aux autres à travers l'actionneur de mouvement. L'actionneur de mouvement peut être disposé ici entre des surfaces tournées l'une vers l'autre des éléments optiques et être relié directement ou indirectement à ces surfaces. En outre, les éléments optiques peuvent être reliés entre eux de manière fixe par l'actionneur de mouvement.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif comprend au moins deux, en particulier au moins trois actionneurs de mouvement pouvant être commandés indépendamment les uns des autres. Un réglage précis d'une distance entre les prismes et d'un basculement, en particulier d'un basculement autour de deux axes des prismes les uns par rapport aux autres, sont possibles.
En particulier, l'unité de commande est conçue pour le réglage d'une distance en fonction d'un domaine spectral prédéfini qui subit une extinction d'au moins 80 pour cent du fait d'une interférence multiple entre les éléments optiques. Deux surfaces des éléments optiques peuvent être utilisées suivant le principe d'un spectromètre de Fabry-Perot pour l'extinction au moins importante d'un domaine spectral voulu. Par domaine spectral on entend aussi une seule fréquence sensiblement nette, par exemple celle d'un laser. Un rayonnement parasite d'un dispositif de défense, qui a été émis par exemple par une source laser, peut être au moins largement supprimé de façon ciblée entre les éléments optiques, ce qui permet une exploitation des images prises malgré le rayonnement parasite. On évite au moins une destruction du détecteur. Le domaine spectral peut être préréglé ou prédéfini par l'unité de commande, par exemple à l'aide d'un résultat de mesure. Il est possible aussi que cette sélection soit assurée par une autre unité.
Pour obtenir une extinction aussi bonne que possible suivant le principe d'un spectromètre de Fabry-Perot, les éléments optiques présentent chacun une surface plane, les deux surfaces pouvant être orientées parallèlement l'une à l'autre et avec un écartement réglable.
On obtient un autre avantage de l'invention si l'unité de commande est conçue pour la commande d'une succession de positions de basculement des éléments optiques les uns par rapport aux autres, de manière que la zoneobjet soit reproduite successivement plusieurs fois sur l'unité de détection- et chaque fois de manière décalée par rapport à une reproduction de base d'une distance de moins de 1 pixel entre deux éléments de détection voisins de l'unité de détection. On peut obtenir par là, à l'aide de méthodes de calcul, une résolution inférieure à 1 pixel. Par addition de plusieurs images prises décalées et formation d'un centre de gravité à l'aide de procédés de traitement d'images, on peut augmenter la résolution jusqu'à moins de 1 pixel.
L'addition peut être constituée de manière qu'une partie de la reproduction vienne se placer d'abord au centre sur 1 pixel de l'unité de détection, et que dans les images suivantes, elle soit déviée de la distance modulaire du demi pixel, sur la zone limite non active entre les pixels, vers les pixels voisins, par exemple au nombre de huit. A partir des parties de signaux additionnées, on peut calculer le centre de gravité d'un objet du détail de l'image.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif comprend au moins deux paires d'éléments optiques avec chacun au moins un actionneur de mouvement, une première paire étant prévue pour reproduire une premier détail de la zone-objet, et une deuxième paire pour reproduire un deuxième détail, différent du premier, de la zone-objet, sur l'unité de détection. Chaque paire forme ainsi - éventuellement par utilisation d'autres éléments optiques - un détail de la zone-objet ou un champ visuel sur l'unité de détection, les champs visuels pouvant être assemblés en une image globale. On peut obtenir une grande image globale avec une résolution élevée.
Le dispositif optique peut être utilisé dans toutes les optiques de poursuite de cible. Une tête chercheuse de missile équipée d'un 20 dispositif optique de ce type est particulièrement avantageuse.
D'autres avantages ressortent de la description faite ci-après des dessins qui représentent des exemples de réalisation de l'invention.
Il est montré : Fig. 1 un dispositif optique de reproduction d'une zoneobjet sur 25 une unité de détection d'une tête chercheuse, Fig. 2 un adaptateur à prismes du dispositif optique, Fig. 3 une vue en coupe d'une paire de prismes de l'adaptateur avec actionneurs de mouvement, Fig. 4 une vue en coupe longitudinale de la paire de prismes de la figure 3, Fig. 5 un détail représenté de manière schématique d'une reproduction d'une zone-objet sur une unité de détection, et Fig. 6 un détail pris décalé dans plusieurs images, d'une zone-objet.
La figure 1 montre un dispositif optique 2 pour reproduire une zone-objet sur une unité de détection 4. Le dispositif optique 2 comprend quatre paires de prismes 6, 8 dont deux paires de prismes 6, 8 seulement sont représentées de manière schématique sur la fig. 1 sous la forme d'un triangle. Les quatre paires de prismes 6, 8 font partie d'une unité optique 10 pour la déflexion d'un rayonnement provenant de quatre détails de la zone-objet, superposés dans un plan d'image intermédiaire 12, dans lequel les quatre détails sont reproduits de manière à se recouvrir réciproquement. L'unité optique 10 est représentée uniquement de manière schématique sous la forme d'une lentille, en dehors des paires de prismes 6, 8. Une deuxième unité optique 14, représentée également de manière schématique, sert à reproduire la zone-objet sur l'unité de détection 4. Le dispositif optique 2 est disposé dans la tête chercheuse 16 d'un missile dont la gaine est indiquée.
Dans le plan d'image intermédiaire 12 est disposée une unité de déflexion des rayons 18 avec deux zones de lentilles 20, 22 micro- optiques. Les zones de lentilles 20, 22 comprennent chacune par exemple 256 x 256 éléments optiques réalisés comme des lentilles, qui sont conçues dans la première zone de lentilles micro-optiques 20 comme lentilles convergentes et dans la deuxième zone de lentilles micro- optiques 22 comme lentilles divergentes. Les deux zones de lentilles 20, 22 sont carrées et planes. Les dimensions des différentes lentilles des zones de lentilles 20, 22 vont par exemple de quelques dizaines de!lm à un grand nombre de dizaines de m. Comme pour les zones de lentilles 20, 22, l'unité de détection 4 comprend par exemple 256 x 256 éléments de détection 76, à chaque élément de détection 76 étant associée une paire de lentilles constituée d'une lentille convergente de la zone de lentilles 20 et d'une lentille divergente de la zone de lentilles 22. Un détail de la zone-objet, reproduit sur la paire de lentilles dans le plan d'image intermédiaire 12, peut être reproduit par une orientation convenable des lentilles les unes par rapport aux autres, sur l'élément de détection 76 associé. Les éléments de détection 76 correspondent chacun dans leurs dimensions aux micro-lentilles des zones de lentilles 20, 22, échelonnées selon une échelle de reproduction déterminée par l'unité optique 14.
Pour le déplacement des zones de lentilles 20, 22 les unes par rapport aux autres, le dispositif optique 2 comprend une unité de commande 24 qui commande une unité de déplacement 26. Grâce à l'unité de mouvement 26, les deux zones de lentilles 20, 22 sont montées déplaçables dans les deux directions de l'espace y, z, qui sont indiquées par les flèches 30, perpendiculaires à un axe optique 28 du dispositif optique 2.
Dans le cas d'une disposition alignée des lentilles des zones de lentilles 20, 22 dans la direction de l'axe optique 28, le rayonnement 32 traverse l'unité de déflexion des rayons 18 sensiblement sans changement. Sur la figure 1, les zones de lentilles 20, 22 ne sont pas alignées mais légèrement décalées les unes par rapport aux autres. La zone de lentilles 20 est décalée dans la direction y de la distance yi par rapport à la zone de lentilles 22. De ce fait, le rayonnement 32 est légèrement dévié comme représenté dans la direction y. De la même manière, dans le cas d'un décalage de la zone de lentilles 20 dans la direction y négative par rapport à la zone de lentilles optiques 22, le rayonnement 32 est légèrement dévié dans la direction y négative.
La figure 2 montre un adaptateur à prismes 34 dans une vue en perspective et schématique. L'adaptateur à prismes 34 contient les deux paires de prismes 6, 8 montrées sur la figure 1, ainsi que deux autres paires de prismes 38, 40. Les quatre paires de prismes 6, 8, 38, 40 dévient chacune le rayonnement 32 provenant d'un détail de la zone-objet, associé aux paires de prismes 6, 8, 38, 40, vers l'unité de déflexion de rayon 18, et ensuite vers l'unité de détection 4. A partir des quatre champs visuels 36 résultants, on peut assembler une image globale de la zone-objet. La sélection du détail de la zone-objet, reproduit sur l'unité de détection 4, s'effectue par le choix de la position relative des zones de lentilles micro-optiques 20, 22 les unes par rapport aux autres. Suivant le décalage des zones de lentilles micro-optiques 20, 22 les unes par rapport aux autres, on reproduit l'un des quatre détails sur l'unité de détection 4.
Chacune des paires de prismes 6, 8, 38, 40 comprend deux prismes 42, 44 qui sont représentés de manière plus détaillée sur la figure 3. Sur la figure 3, les deux prismes 42, 44 de la paire de prismes 8 sont représentés en coupe et de façon schématique. Entre les prismes 42, 44 sont disposés trois actionneurs de mouvement piézo-électriques 46, 48 dont deux seulement sont montrés. Le troisième actionneur de mouvement piézoélectrique 50 est montré sur la figure 4. Les actionneurs de mouvement 46, 48, 50 comprennent chacun un cristal piézoélectrique qui est maintenu sur un moyen de retenue 52, 50 et est relié indirectement, par le moyen de retenue 52, 54, à la paroi de la tête chercheuse 16. Les moyens de retenue 52, 50 servent en outre à l'alimentation en tension des cristaux piézoélectriques et sont reliés électriquement chacun à l'unité de commande 24. L'unité de commande 24 est reliée à son tour à un moyen 56 de détermination d'une position de reproduction de la zone-objet sur l'unité de détection 4, lequel est en contact à son tour avec un détecteur d'accélération 58. Le moyen 56 comprend un dispositif de traitement d'image.
Les deux prismes 42, 44 de la paire de prismes 8 sont fixés entre eux par les actionneurs de mouvement 46, 48, 50 et sont ainsi soutenus les uns contre les autres. Les prismes 42, 44 sont montés déplaçables l'un par rapport à l'autre en direction des flèches 60, par les actionneurs de mouvement 46, 48, 50, de sorte qu'une distance 62 entre deux surfaces 64, 66 tournées l'une vers l'autre des prismes 42, 44 peut être choisie librement. En cas d'incidence d'un rayonnement 68 cohérent dans la paire de prismes 8, celui-ci est réfléchi plusieurs fois dans un sens et dans l'autre entre les surfaces 64, 66 des prismes 42, l0 44. On réalise ainsi le principe d'un interféromètre selon Fabry-Perot, de sorte que par un choix approprié de la distance 62 a lieu une large extinction du rayonnement 68. L'extinction s'effectue par une interférence multiple entre les prismes 42, 44. C'est ainsi qu'un rayonnement 68, émis par exemple par un laser parasite, est éteint à 90 %, ce qui permet une exploitation de reproductions de la zone-objet sur l'unité de détection 4, malgré le rayonnement parasite 68 émis.
Les actionneurs de mouvement 46, 48, 50 peuvent être commandés séparément les uns des autres par l'unité de commande 24. On peut réaliser par là un basculement des prismes 42, 44 à l'intérieur d'un domaine prédéfini autour de deux axes de basculement 70, 72, par exemple perpendiculaires l'un à l'autre. Par un basculement des prismes 42, 44 l'un par rapport à l'autre, on peut obtenir de façon très précise une déflexion réduite du rayonnement 32 incident. Dans le cas d'un basculement de 40 mrad des prismes 42, 44 l'un par rapport à l'autre, on peut obtenir une déflexion du rayonnement 32 de 1 mrad à l'intérieur du dispositif optique 2, ce qui fait qu'on obtient un décalage d'une reproduction d'une zone-objet sur l'unité de détection d'une distance de pixels 74 (figure 5). La distance de pixels 74 correspond ici à la distance du centre d'un élément de détection 76 par rapport au centre d'un élément de détection 76 voisin. Io
Dans le cas où le parcours des rayons à travers le dispositif optique 2 est perturbé, par exemple du fait d'une vibration ou d'une secousse, la vibration ou la secousse est enregistrée par le détecteur d'accélération 58. Le moyen 56 pour déterminer la position d'une reproduction sur l'unité de détection 4 calcule à partir de là un défaut résultant du parcours des rayons. Sur la figure 5 sont montrées une reproduction de base 78 sur un élément de détection 76 et une reproduction 80 qui est reproduite par un défaut de parcours des rayons sur l'unité de détection 4. Le moyen 56 calcule, à partir du to défaut de parcours des rayons, une distance de correction 82 ou une valeur de correction et fournit celle-ci à l'unité de commande 24. Celle-ci commande les actionneurs de mouvement 46, 48, 50 de manière que les prismes 42, 44 soient basculés l'un par rapport à l'autre. Ceci a pour effet de corriger le parcours des rayons, de sorte que la reproduction 80 vient se placer sur la reproduction de base 78. On peut obtenir de cette façon une stabilisation des lignes de visibilité de la reproduction 80 sur l'unité de détection 4.
Une variante de stabilisation des lignes de visibilité peut s'obtenir en prenant d'abord une reproduction de base 78 puis, dans une image suivante, une reproduction 80. A l'aide d'un algorithme de traitement d'image, qui est exécuté par le moyen 56, on peut déterminer un décalage de la reproduction 80 par rapport à la reproduction de base 78, et à partir de celui-ci une valeur de correction ou une distance de correction 82. Une reproduction suivante est reproduite décalée sur l'unité de détection 4, par un basculement des prismes 42, 44 de la distance de correction 82 - ou d'une autre distance par exemple interpolée -. L'unité de commande 24 et le moyen 56 peuvent former ici un circuit de régulation pour la stabilisation des lignes de visibilité.
La figure 6 montre des éléments de détection 76, 84, 86, 88, représentés de façon schématique, sur lesquels est reproduite une reproduction de base 90 d'un objet de la zone-objet. A un premier instant, la reproduction de base 90 vient se placer en majeure partie sur l'élément de détection 76. L'objet est maintenant reproduit sur les éléments de détection 76, 84, 86, 88, dans par exemple huit prises de vue successives, un basculement des prismes 42, 44 l'un par rapport à l'autre modifiant le parcours des rayons à travers le dispositif optique 2.
L'objet ou un détail correspondant de la zone-objet est reproduit sur les éléments de détection 76, 84, 86, 88, décalés chaque fois d'une distance 74 d'un demi-pixel par rapport à la reproduction de base 90. La reproduction de base 90 et les huit images 92 supplémentaires sont lo additionnées et il est formé un centre de gravité 94 par le moyen 56. Ce centre de gravité 94 est montré dans la partie basse de la figure 6 comme structure prononcée de l'intensité I dans la direction z. L'intensité I peut se rapporter ici à l'intensité du rayonnement 32, à la couleur du rayonnement, à sa polarisation ou à une autre propriété du rayonnement 32. Par la position du centre de gravité 94, on peut obtenir une résolution dans l'espace de l'objet reproduit ou du détail reproduit de la zoneobjet, qui est plus fine qu'une distance de pixels 74.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Dispositif optique (2) pour une tête chercheuse (16) pour reproduire une zone-objet sur une unité de détection (4), comprenant s une unité de commande (24), une première unité optique (10) avec deux éléments optiques au moins en partie transparents, en particulier des prismes (42, 44), une deuxième unité optique (14) et une unité de déflexion de rayon (18), la première unité optique (10) étant conçue pour diriger sur l'unité de déflexion des rayons (18), de façon superposée, le rayonnement provenant d'au moins deux parties de la zone-objet, et l'unité de déflexion des rayons (18) étant conçue pour sélectionner l'une des deux parties et, en combinaison avec la deuxième unité optique (14), pour reproduire la partie sélectionnée sur l'unité de détection (4), caractérisé par un actionneur de mouvement (46, 48, 50) micromécanique, les éléments optiques étant supportés de manière mobile les uns par rapport aux autres et l'unité de commande (24) étant conçue pour commander l'actionneur de mouvement (46, 48, 50) et pour régler une distance (62) entre les éléments optiques.
2. Dispositif optique (2) selon la revendication 1, caractérisé par au moins trois actionneurs de mouvement (46, 48, 50) pouvant être commandés indépendamment les uns des autres, l'unité de commande (24) étant conçue pour la commande d'un basculement des éléments optiques les uns par rapport aux autres.
3. Dispositif optique (2) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par une unité de détection (4) et un moyen (56) pour déterminer une position de la reproduction sur l'unité de détection (4), l'unité de commande (24) étant conçue pour commander un basculement des éléments optiques en fonction de données prédéfinies du moyen (56).
4. Dispositif optique (2) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'unité de commande (24) et le moyen (56) forment un circuit de régulation pour déterminer une position de la reproduction.
5. Dispositif optique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments optiques sont soutenus les uns par rapport aux autres par l'intermédiaire de l'actionneur de mouvement (46, 48, 50).
6. Dispositif optique (2) selon la revendication 1, caractérisé par au moins deux actionneurs de mouvement (46, 48, 50) pouvant être 10 commandés indépendamment l'un de l'autre.
7. Dispositif optique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande (24) est conçue pour le réglage d'une distance (62) en fonction d'un domaine spectral prédéfini qui subit une extinction d'au moins 80 pour cent du fait d'une interférence multiple entre les éléments optiques.
8. Dispositif optique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux éléments optiques présentent chacun une surface plane (64, 66) et les deux surfaces (64, 66) peuvent être orientées parallèlement l'une à l'autre et avec un écartement (62) réglable.
9. Dispositif optique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande (24) est conçue pour la commande d'une succession de positions de basculement des éléments optiques les uns par rapport aux autres, de façon que la zone- objet soit reproduite successivement plusieurs fois sur l'unité de détection (4) et chaque fois de manière décalée par rapport à une reproduction de base (90) d'une distance (74) de moins de 1 pixel entre deux éléments de détection (76, 84, 86, 88) voisins de l'unité de détection (4).
10. Dispositif optique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par au moins deux paires d'éléments optiques avec chacun au moins un actionneur de mouvement (46, 48, 50), une première paire étant prévue pour reproduire une première partie de la zone-objet, et une deuxième paire pour reproduire une deuxième partie, différente de la première, de la zone-objet, sur l'unité de détection (4).
11. Tête chercheuse de missile avec un dispositif optique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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