FR2885703A1 - Element optique unitaire - Google Patents

Abstract

Elément optique unitaire (12) avec un sens principal de passage (14) d'une face d'entrée (16) en direction d'un côté de sortie (18), caractérisé en ce qu'il est conçu sous la forme d'une plaque de correction de Schmidt, d'une lentille nivelant le champ d'image et d'un miroir réfléchissant.

Description

L'invention concerne un élément optique unitaire et son utilisation.

Les systèmes de Schmidt classiques comprennent un miroir primaire sphérique au centre de courbure duquel est disposée une plaque dite de correction de Schmidt. Le plan d'image se trouve ici entre le miroir primaire et la plaque de correction de Schmidt. Dans les systèmes de Schmidt avec un miroir primaire non sphérique, la plaque de correction de Schmidt peut être placée plus en avant. Cette plaque de correction de Schmidt sert à éliminer le défaut d'ouverture (aberration sphérique) du miroir primaire. L'aberration sphérique se manifeste par des rayons lumineux qui tombent à proximité du bord du rniroir primaire. Ces rayons lumineux sont focalisés à une autre distance que les rayons lumineux tombant au centre. La conséquence négative de ceci est une image légèrement floue dont la qualité de reproduction n'est souvent pas suffisante pour de nombreuses applications - telles que par exemple pour la détection de cibles au moyen d'une tête chercheuse d'un missile téléguidé. C'est pourquoi la mise en place de la plaque de correction de Schmidt précitée est absolument nécessaire dans ces cas.

Par ailleurs, les systèmes de Schmidt présentent du fait de leur principe (en raison de leur miroir primaire) une grande courbure du champ d'image. Avec ce défaut de reproduction, les foyers de tous les objets ne se trouvent pas sur un plan, mais sur une surface sphérique courbée vers l'intérieur. La conséquence en est une absence de netteté qui augmente vers le bord de l'image. Cette réduction de la qualité de la reproduction n'est à son tour pas tolérable dans de nombreuses applications. Le défaut de reproduction de la courbure du champ d'image peut être réduit par introduction d'une lentille à proximité du plan d'image.

Un autre inconvénient d'un système de Schmidt réside dans le fait qu'il présente une très grande longueur de construction et un plan d'image difficilement accessible - du fait de sa position entre la plaque de correction de Schmidt et le miroir primaire -. On ne peut donc pas utiliser un système de Schmidt par exemple pour les têtes chercheuses de missiles téléguidés dans lesquelles on ne dispose que d'un espace de construction limité. En modifiant le système de Schmidt en un système Schmidt-Cassegrain, par mise en place d'un miroir secondaire qui guide le faisceau de rayons réfléchi par le miroir primaire, à travers une ouverture centrale du miroir primaire, à l'extérieur de celui-ci, on peut réaliser une optique petite avec un plan du champ d'image accessible simplement. Mais il faut pour cela prévoir en supplément un élément resserrant les rayons, le miroir secondaire.

to Pour obtenir donc une optique de reproduction, telle qu'un système de Schmidt ou un système Schmidt-Cassegrain, avec des propriétés de reproduction d'une grande qualité, on a besoin de plusieurs éléments optiques, tels qu'une plaque de correction de Schmidt, une lentille nivelant le plan d'image ou un miroir secondaire. Pour garantir de bonnes propriétés de reproduction, ces éléments doivent être ajustés aussi exactement que possible aussi bien les uns par rapport aux autres que par rapport au miroir primaire. En particulier il faut veiller, pour les fixations des éléments, que celles-ci ne causent aucun problème en ce qui concerne la lumière diffuse et la fonction d'image ponctuelle.

De manière désavantageuse, dans la plupart des cas les éléments optiques et leurs fixations ne peuvent pas être fabriqués dans le même matériau. Ceci rend souvent nécessaire une compensation active de la température de ces éléments optiques, afin de maintenir une qualité de reproduction constante, même dans le cas de fluctuations de la température agissant éventuellement sur les optiques de reproduction.

La présente invention a donc pour but d'indiquer un élément optique unitaire qui rende largement superflu un ajustage complexe d'éléments optiques pour la correction de défauts de reproduction dans une optique de reproduction ainsi qu'une compensation active de la température de ces éléments optiques.

L'invention a encore pour but d'indiquer une utilisation technique d'un élément optique unitaire de ce type.

Le premier but cité est atteint au moyen d'un élément optique unitaire avec un sens de passage principal depuis une face d'entrée en direction d'une face de sortie, qui est conçu suivant l'invention en tant que plaque de correction de Schmidt, en tant que lentille nivelant le plan d'image et en tant que miroir réfléchissant.

Dans une première étape, l'invention part de la découverte selon laquelle un élément optique unitaire, qui réunit trois éléments optiques o différents, rend au moins superflus deux éléments optiques pour la correction du défaut de reproduction ou pour le resserrement des rayons. Grâce à cette économie d'éléments optiques et à la réduction à un élément optique unitaire, un ajustage des éléments optiques les uns par rapport aux autres n'est plus nécessaire. Par un tel élément optique unitaire on peut ainsi exclure des réductions de la qualité de reproduction optique des optiques de reproduction qui sont dues à un ajustage incorrect d'éléments optiques. Le travail d'ajustage est réduit ici à l'orientation de l'élément optique unitaire par rapport à son optique de reproduction correspondante.

Dans une étape suivante, l'invention part de la découverte selon laquelle dans les optiques de reproduction qui sont exposées de par leur utilisation à de grandes fluctuations de la température, une compensation active de la température est habituellement nécessaire.

Etant donné que les éléments optiques pour le resserrement des rayons ou pour la correction de défauts de reproduction sont le plus souvent constitués de matériaux différents, leur indice de réfraction dépendant de la température et donc leur comportement à la reproduction dépendent fortement de ces fluctuations de la température. Les fixations des éléments optiques, qui le plus souvent sont également constituées d'un autre matériau que les éléments optiques eux-mêmes, peuvent agir de manière durable sur l'effet négatif des fluctuations de la température sur l'indice de réfraction ou le comportement à la reproduction. Une réduction des éléments optiques nécessaire à un minimum, sous la forme d'un élément optique unitaire, par lequel plusieurs éléments optiques peuvent être remplacés, rend moins aigu le problème d'un comportement insuffisant à la reproduction en raison des différentes variations, dues à la température, de l'indice de réfraction d'éléments optiques constitués de matériaux différents et de leurs fixations respectives.

La fabrication d'un élément optique unitaire complexe, qui est conçu sous la forme d'une plaque de correction de Schmidt, d'une lentille nivelant le champ d'image et sous la forme d'un miroir, est actuellement possible grâce aux techniques modernes de fabrication telles que le tournage au diamant.

Grâce à un élément optique unitaire on réduit les influences négatives de sources d'erreurs qui compromettent le comportement en reproduction, telles que par exemple l'ajustage incorrect de différents éléments optiques les uns par rapport aux autres ou les fortes variations de l'indice de réfraction provoquées par des fluctuations de la température, des éléments optiques fabriqués dans différents matériaux. Une telle réduction garantit un meilleur comportement en reproduction tel qu'il est d'une importance essentielle pour de nombreuses applications -par exemple dans des optiques de reproduction pour des missiles de poursuite de cibles.

Par ailleurs, l'utilisation d'un élément optique unitaire qui réunit plusieurs éléments optiques, permet de réduire les coûts, le poids et l'espace de construction par rapport à l'utilisation de plusieurs éléments optiques qui n'assurent chacun qu'une seule fonction.

Un faisceau de rayons incidents sur un élément optique unitaire avec un sens principal de passage depuis une face d'entrée en direction d'une face de sortie, est soumis au mode d'action d'une plaque de correction de Schmidt, c'est-à-dire que le faisceau de rayons est déjà influencé de manière qu'il ne résulte aucune différence dans le comportement en reproduction lorsque le faisceau de rayons tombe ensuite sur le bord ou sur la zone centrale d'un miroir primaire et est réfléchi par celui-ci. Si un faisceau de rayons réfléchi de la sorte parvient ensuite à nouveau sur l'élément optique unitaire, du fait que celui-ci est conçu aussi comme lentille nivelant le plan d'image et comme miroir réfléchissant, il n'assure plus que le foyer de tous les objets, desquels part un faisceau de rayons, se situe sur un plan et non io pas comme par ailleurs sur une surface courbée vers l'intérieur, ou en d'autres mots que l'absence de netteté augmentant vers le bord de l'image soit réduite et que le faisceau de rayons soit réfléchi en retour à nouveau dans le sens principal de passage, en direction du miroir primaire.

De manière avantageuse, l'élément optique unitaire présente une face d'entrée plane. De ce fait, l'effet optique de l'élément optique unitaire est indépendant de son épaisseur, du fait de sa réalisation en tant que plaque de correction de Schmidt. Ceci autorise, lors de la fabrication de l'élément optique unitaire - par exemple par tournage au diamant sur une machine à commande numérique - des tolérances relativement grandes. Si de plus l'élément optique unitaire doit. former la fermeture d'un système optique par rapport à l'environnement, son épaisseur peut être adaptée aux conditions mécaniques ou thermiques du scénario d'utilisation respectif, auxquelles le système optique doit être utilisé.

De manière avantageuse, la face de sortie de l'élément optique unitaire est de forme non sphérique. Non sphérique signifie ici que la surface de la face de sortie peut présenter aussi différentes zones non sphériques.

Avec une surface non sphérique de ce type, on peut introduire dans un système de reproduction, des aberrations soigneusement contrôlées qui peuvent éliminer par exemple de manière ciblée l'aberration d'autres éléments optiques. On peut améliorer ainsi la performance optique d'une optique de reproduction.

De manière habile, l'élément optique unitaire est cle forme cylindrique, c'est-à-dire qu'il présente une forme cylindrique de son bord. La forme cylindrique donnée facilite l'intégration de l'élément optique unitaire dans une optique de reproduction, car la plupart des éléments optiques, tels que par exemple les lentilles, présentent une surface cylindrique de leur section. Grâce au choix approprié de l'échelle cie reproduction et de la disposition des éléments optiques par rapport à l'élément optique io unitaire, on peut assurer par là qu'un faisceau de rayons, qui pénètre dans une optique de reproduction, sort aussi à nouveau de l'optique de reproduction et n'est pas perdu de manière non programmée, parce que les dimensions géométriques des éléments optiques sont choisies de manière défavorable. On assure ainsi qu'aucune information d'image optique importante probable d'un faisceau de rayons n'est faussée, à la traversée d'une optique de reproduction, ou ne se présente absolument pas.

Dans une autre forme de réalisation avantageuse, la face d'entrée de l'élément optique unitaire présente des couches réfléchissantes dans une zone intérieure centrale. Un faisceau de rayons, qui dans le sens contraire au sens de passage principal parvient sur la face de sortie de l'élément optique unitaire, passe à travers celui-ci ou est réfléchi en retour par celui-ci - s'il parvient sur la zone intérieure centrale réfléchissante de la face d'entrée - et s'étend ainsi à nouveau dans le sens de passage principal. Grâce à cette forme de réalisation, l'élément optique unitaire agit comme un miroir réfléchissant, c'est-à-dire comme un élément resserrant les rayons. Si donc l'élément optique unitaire est utilisé dans une optique de reproduction, qui comporte un miroir primaire derrière l'élément optique unitaire, dans le sens de passage principal, un faisceau de rayons, qui s'étend dans le sens de passage principal et tombe à l'extérieur de la zone intérieure centrale sur la face d'entrée de l'élément optique unitaire, peut traverser librement celui-ci. Si le faisceau de rayons parvient alors ensuite sur le miroir primaire, il est réfléchi en retour par celui-ci, dans le sens contraire au sens de passage principal, à nouveau sur l'élément optique unitaire. Si ce faisant il traverse l'élément optique unitaire et parvient ici sur la zone intérieure centrale réfléchissante de la face d'entrée, le faisceau de rayons est guidé en retour à nouveau dans le sens de passage principal. L'élément optique unitaire sert donc ainsi de miroir secondaire dans une optique de reproduction de ce type. Etant donné que ce miroir secondaire fait partie intégrante de l'élément optique unitaire, aucune fixation supplémentaire de miroir n'est nécessaire. Les problèmes causés habituellement par ces fixations - par exemple en ce qui concerne la production d'une lumière diffuse et le flou d'image ponctuelle - sont ainsi réduits. Grâce à cet élément optique unitaire, la qualité de reproduction d'une optique de reproduction est donc influencée positivement.

Il est particulièrement judicieux que la zone intérieure centrale coopère avec une partie de la face d'entrée et une partie de la face de sortie en tant que miroir de Mangin. En d'autres termes, ceci signifie que cette zone intérieure centrale avec ses surfaces extérieures correspondantes, c'est-à-dire la partie réfléchissante de la face d'entrée et la partie opposée de la face de sortie, constitue une lentille réfléchissant sur sa face arrière. De ce fait, la zone intérieure centrale de l'élément optique unitaire sert non seulement de miroir secondaire, mais remplit en même temps, dans le cas d'une forme de réalisation convenable, la fonction d'une lentille nivelant le champ d'image. De manière judicieuse, cette lentille arrière est conçue géométriquement de manière à corriger une courbure du champ d'image d'un miroir primaire particulier d'une optique de reproduction, dans lequel l'élément optique unitaire se situe dans le sens de passage principal, devant celui-ci. Il peut encore être prévu ici que la surface non réfléchissante de la lentille corrige l'aberration de sa surface réfléchissante, c'est-à-dire de la partie rendue réfléchissante de la face d'entrée. L'utilisation de cet élément unique dans une optique de reproduction corrige de ce fait son défaut de reproduction et augmente la qualité de l'optique de reproduction.

Il est particulièrement pratique qu'une zone de bordure, qui entoure la zone intérieure de l'élément optique unitaire, soit conçue sous la forme d'une plaque de correction de Schmidt. Du fait que la zone de bordure est conçue comme plaque de correction de Schmidt, tout le rayonnement, qui est nécessaire pour obtenir une bonne reproduction, io parvient à travers l'élément optique unitaire dans le sens de passage principal. Seul le rayonnement qui parvient sur la zone intérieure centrale avec les couches réfléchissantes, est perdu. De manière judicieuse toutefois, la zone intérieure centrale présente une surface sensiblement plus petite que la zone de bordure périphérique. De ce fait, une perte d'information, liée au passage du rayonnement à travers l'élément optique unitaire, par suite de pertes d'énergie ou d'intensité, est négligeable. Du fait que la zone intérieure et la zone de bordure périphérique remplissent des fonctions optiques différentes, on réalise sous la forme de l'élément optique unitaire, un élément optique multifonctionnel géométriquement petit et donc aussi léger.

De manière intéressante, la face de sortie de l'élément optique unitaire est conçue de façon qu'il ait un effet de dispersion optique dans sa zone de bordure et un effet de resserrement optique dans sa zone intérieure centrale. Si l'élément optique unitaire est exposé maintenant à une variation de la température, il se produit une autocompensation de la variation en résultant de l'indice de réfraction de l'élément optique unitaire. Il en va de même pour les variations du pouvoir de réfraction qui sont provoquées par des variations du rayon de l'élément optique unitaire ou par flexion de celui-ci sous l'effet de charges extérieures. Du fait que l'élément optique unitaire est fabriqué d'une seule pièce, le problème de l'indice de réfraction, dépendant de facteurs extérieurs, est de ce fait déjà rendu moins aigu. Par exemple, une augmentation de la température du matériau de l'élément optique unitaire pourrait entraîner une augmentation de l'indice de réfraction. Dans ce cas, un faisceau de rayons, qui traverserait l'élément optique unitaire dans le sens principal de passage, serait moins fortement dispersé par la zone de bordure optiquement dispersante de la face de sortie, qu'avant l'augmentation de la température. Le même faisceau de rayons est alors réfléchi en retour par un miroir primaire sur l'élément optique, dans le sens contraire au sens de passage principal et parvient sur la zone intérieure à effet resserrant de la face de sortie. I)u fait de l'indice de réfraction augmenté, il subit un effet moins resserrant qu'avant l'augmentation de la température. Si donc l'élément optique unitaire est constitué d'un seul matériau, une autocompensation presque complète est possible. Quelle que soit donc dans ce cas la température ambiante, l'influence sur le faisceau de rayons est toujours la même. On évite par là un élargissement ou une réduction involontaire des rayons.

Il est particulièrement avantageux que l'élément optique unitaire soit constitué d'un matériau qui laisse passer le rayonnement dans le domaine spectral infrarouge. De ce fait, l'élément optique unitaire peut être utilisé dans des optiques de reproduction pour la thermographie. Dans le secteur militaire, la thermographie au moyen d'une optique de reproduction, qui est transparente dans le domaine spectral infrarouge, sert par exemple à la reconnaissance et à l'exploration du terrain. Comme matériau optique à infrarouge on peut imaginer par exemple du sulfure de zinc, du séléniure de zinc ou du germanium.

Il est particulièrement avantageux de fabriquer l'élément optique unitaire au moins en partie en germanium. En effet, dans le germanium, la variation des propriétés de reproduction, causée par la dispersion du matériau, est si faible que le même élément optique unitaire peut être utilisé aussi bien dans un domaine spectral de 3 à m que dans un domaine spectral de 8 à 12 na. De ce fait, dans le cas d'une utilisation avec des détecteurs, qui sont accordés sur le domaine spectral correspondant, une utilisation simultanée des deux gammes de longueurs d'ondes est possible avec le même élément optique unitaire.

Il est pratique que l'élément optique unitaire soit fabriqué dans un matériau qui convienne à l'usinage par tournage au diamant. De ce fait, les formes non sphériques de l'élément optique unitaire peuvent être réalisées de façon simple et à un coût avantageux. En outre, des zones de l'élément optique unitaire, telles que par exemple sa zone de bordure et sa zone intérieure, qui doivent avoir un effet optique différent et qui ont donc besoin d'une forme géométrique différente, peuvent être réalisées sur la même machine et dans le même bridage. Il est assuré par là qu'il ne se produit aucun décentrage ni basculement des zones les unes par rapport aux autres. On peut obtenir ainsi un comportement optimal en reproduction. Avec un dimensionnement approprié de l'épaisseur moyenne de la zone de bordure et de la zone intérieure, celles-ci peuvent même se raccorder l'une à l'autre sans transition.

Le deuxième but cité, concernant les utilisations techniques, est atteint 20 suivant l'invention grâce à l'utilisation de l'élément optique unitaire dans un système de Schmidt.

Si l'on utilise l'élément optique unitaire dans un système de Schmidt, l'élément optique unitaire est disposé, par rapport à son sens de passage principal, devant un miroir primaire. Entre le miroir primaire et l'élément optique unitaire se trouve le plan d'image du système de Schmidt dans lequel est disposé un détecteur pour la détection du rayonnement incident. On peut reproduire ainsi une scène-objet sur le détecteur, par le système de Schmidt ainsi constitué. Un faisceau de rayons, qui traverse l'élément optique unitaire dans le sens de passage principal, subit ici l'action de l'élément optique unitaire en tant que plaque de correction de Schmidt. Le faisceau de rayons ainsi traité Il parvient alors sur l'élément primaire et est réfléchi en retour par celui- ci sur l'élément optique unitaire, dans le sens contraire au sens de passage principal. Du fait de la forme de réalisation de l'élément optique unitaire en tant que miroir réfléchissant, par des couches réfléchissantes sur la face d'entrée, le faisceau de rayons est à nouveau réfléchi dans le sens de passage principal. En même temps, du fait de la forme de réalisation de l'élément optique unitaire en tant que lentille nivelant le plan d'image, le faisceau de rayons est soumis à sa fonction de nivellement du champ d'image. Le faisceau de rayons ainsi corrigé et traité parvient alors sur le détecteur.

Il est avantageux en outre que l'élément optique unitaire soit utilisé dans un système Schmidt-Cassegrain. L'élément optique unitaire se trouve ici, par rapport à son sens de passage principal, devant un miroir primaire qui présente une ouverture dans sa zone centrale.

Derrière le miroir primaire se trouve un détecteur. Un faisceau de rayons, qui traverse maintenant l'élément optique unitaire dans le sens de passage principal, est soumis maintenant, du fait de la conception de celui-ci, à sa fonction de plaque de correction de Schmidt. Le faisceau de rayons ainsi traité parvient alors - exactement comme décrit précédemment pour le système de Schmidt - sur le miroir primaire et est réfléchi en retour par celui-ci sur l'élément optique unitaire, dans le sens contraire au sens de passage principal. Le faisceau de rayons est réfléchi ici en retour à nouveau par celui-ci, dans le sens de passage principal, et est soumis à l'action de l'élément optique unitaire en tant que lentille nivelant le champ d'image et en tant que miroir réfléchissant. Le faisceau de rayons ainsi modifié est alors guidé à l'extérieur, dans le sens de passage principal, à travers l'ouverture centrale du miroir primaire, et parvient sur le détecteur disposé dans le plan d'image du système Schmidt-Cassegrain.

Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l'élément optique unitaire est utilisé dans un système Schmidt-Cassegrain qui contient un nombre d'écrans diffusants. Grâce à ces écrans diffusants, le comportement en reproduction du système Schmidt-Cassegrain peut être influencé positivement, car de ce fait le système est protégé contre la lumière diffuse et la lumière parasite. De manière judicieuse, ces écrans diffusants enferment le détecteur et la zone intérieure centrale de l'élément optique unitaire qui agit comme lentille nivelant le plan d'image.

Il est tout particulièrement habile d'utiliser l'élément optique unitaire dans l'un des systèmes Schmidt-Cassegrain décrit précédemment qui comprenne une optique relais. Si donc l'optique décrite précédemment du système Schmidt-Cassegrain est complétée d'une optique relais, on obtient dans ce cas une optique avec reproduction intermédiaire. Cette optique possède une pupille de sortie librement accessible. De ce fait, si l'on utilise un détecteur refroidi, son diaphragme froid peut être disposé à la place de la pupille de sortie. On peut obtenir ainsi une efficacité très élevée du diaphragme froid, proche de 1, car la proportion de lumière parasite est particulièrement bien supprimée. On évite largement des composantes de rayonnement parasites à l'intérieur d'un boîtier du détecteur, dues par exemple à un rayonnement laser ou à un rayonnement solaire. Par ailleurs, le plan d'image intermédiaire, résultant de l'optique relais, permet de placer un diaphragme de champ dans celui-ci. Par le diaphragme de champ, on définit la taille du champ pouvant être reproduit. Le bord du champ est de ce fait nettement délimité et peut être accordé par là au rapport des dimensions du détecteur. Grâce à la combinaison d'un diaphragme de champ de ce type et d'un diaphragme froid, qui peut être conçu à la manière d'un diaphragme de Lyot, on peut obtenir d'excellentes propriétés de lumière diffuse.

Le diaphragme de Lyot est pratiquement un diaphragme en forme 3o d'anneau circulaire. Grâce à la structure en forme d'anneau circulaire du diaphragme de Lyot, on peut éliminer un rayonnement lumineux parasite du centre d'un champ visuel, tel que par exemple un rayonnement solaire ou rayonnement laser, qui empêcherait la détection d'objets se trouvant à proximité de la source très intensive de ce rayonnement.

Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits plus en détail à l'aide de dessins. Il est montré : Figure 1 un système de Schmidt avec un élément optique unitaire et Figure 2 un système Schmidt-Cassegrain avec un élément optique unitaire.

Les éléments de fonction identique sont désignés ici par les mêmes références.

Le tableau 1 énumère les valeurs de conception du système Schmidt selon la figure 1.

Sur le tableau 2 sont énumérées les valeurs de conception du système 15 Schmidt-Cassegrain selon la figure 2.

La fig. 1 montre un système de Schmidt 10 avec un élément optique unitaire 12. Le sens de passage principal à. travers l'élément optique unitaire 12 est désigné par la flèche 14. L'élément optique 12 possède une face d'entrée 16 et une face de sortie 18. L'élément optique unitaire 12 est de forme cylindrique. Sa zone de bordure extérieure 20 entoure ici en cercle sa zone intérieure centrale 22. La face d'entrée 16 de l'élément optique 12 est pourvue d'une couche réfléchissante 24 dans la région de la zone intérieure centrale 22. La zone intérieure centrale 22 est conçue en tant que miroir de Mangin. Ses surfaces extérieures sont formées par la couche réfléchissante 24 et la surface 26 qui se situent face à la face de sortie 18 et à la couche réfléchissante 24. La zone intérieure centrale 22 est ainsi conçue comme lentille rendue réfléchissante sur sa face arrière. La face d'entrée 16 de l'élément optique unitaire 12 est plane, tandis qu'en revanche la face de sortie 12 est de forme non sphérique. Tandis que la face d'entrée 16 est plane aussi bien dans sa zone de bordure 20 que dans sa zone intérieure centrale 22, la face de sortie 18 est conçue dans la zone de bordure d'une autre manière non sphérique que la zone intérieure centrale 22. La zone de bordure 20 est conçue en tant que plaque de correction de Schmidt, du fait de sa forme. La zone intérieure centrale 22, qui constitue une lentille rendue réfléchissante sur sa face arrière, est conçue, du fait de sa forme et de la couche réfléchissante 24, comme lentille nivelant le plan d'image et comme miroir réfléchissant.

Dans le système de Schmidt 10 représenté, un faisceau de rayons traverse, dans le sens de passage principal 14, l'élément optique unitaire 12 dans sa zone de bordure 20. Le faisceau de rayons subit ici l'effet de correction d'une plaque de correction de Schmidt. Sur la fig. 1 on voit que la zone de bordure 20 exerce un léger effet de dispersion sur unfaisceau de rayons la traversant. Le faisceau de rayons ainsi modifié parvient ensuite sur un miroir primaire 28 de forme non sphérique. Le faisceau de rayons est réfléchi en retour par ce miroir, dans le sens contraire au sens de passage principal 14, sur l'élément optique unitaire 12. Le faisceau de rayons traverse ici l'élément optique unitaire 12 dans le sens de sa face de sortie 18 vers la face d'entrée 16. Plus exactement, le faisceau de rayons traverse ici l'élément optique unitaire 12 dans sa zone intérieure centrale 22 et parvient à cet endroit sur la couche réfléchissante 24. Le rayon est à nouveau réfléchi par cette couche réfléchissante dans le sens de passage principal 14 et traverse ici à nouveau l'élément optique unitaire 12. La couche réfléchissante 24 constitue ici un miroir secondaire réfléchissant. Le faisceau de rayons subit ici un effet de nivellement du champ d'image, car la zone intérieure centrale 22 est conçue comme lentille nivelant le champ d'image. Ensuite, le faisceau de rayons parvient sur un détecteur 30. La fig. 1 montre que la zone intérieure centrale 22 a un effet de resserrement sur le faisceau de rayons.

Les données précises de conception du système de Schmidt 10 selon la figure 1 peuvent être prélevées du tableau 1. Dans le tableau 1 sont indiquées aussi des données non sphériques de l'élément optique unitaire 12 et du miroir primaire 28, ainsi que les matériaux utilisés. La forme des surfaces non sphériques est définie selon la formule suivante: z = CVY' + adr4 + aer4 + agrlo Dans la présente formule, r désigne le rayon, cv la courbure, cc la constante conique et ad, ae, af, ag les coefficients de non sphéricité.

L'optique de Schmidt 10 atteint ici, aussi bien dans le domaine spectral de 3 à 5 que dans le domaine spectral de 8 à 12 une qualité de reproduction limitée par diffraction pour un coefficient F (coefficient d'ouverture) de 1,5, un angle de champ visuel de 3 et une distance focale de 100 mm. Suivant le domaine d'emploi correspondant, les grandeurs significatives de la reproduction, telles que par exemple la distance focale, le coefficient d'ouverture ou la distance entre l'élément optique unitaire 12 et le miroir primaire 28, peuvent être adaptés aux exigences respectives.

1+1j1-CV2(cc+1)r2 Tableau 1 Valeurs de conception du système Schmidt 10 Rayon (mm) Epaisseur (mm) Rayon Matériau Commentaire ou distance d'ouverture (mm) (mm) Plan objet Air Diaphragme 3,571427 42, 860366 Germanium Zone de bordure d'ouverture 20 (plaque de correction de Schmidt) 2 71,428571 42,880505 Air Distance par rapport au miroir primaire 3 -200 71,428571 49,999496 Réflexion en retour 4 - 3,571427 16 Germanium Zone intérieure 22 (miroir et lentille nivelant le plan d'image) 3,571427 16 Nouvelle réflexion 6 26,787243 16 Air Distance par rapport au détecteur 30 Plan d'image 2,618593 Détecteur 30 Données non sphériques (conique e*_ polynomial)

CC AD AE AF AG

2 1,9617E-08 1,1585E-11 -3,2942E-15 5,0379E-19 3 4,00573 4,8932E-08 - 1, 2765E-11 5,5926E-15 - 6,4164E-19 4 - 1,1924E-07 1,7072E-09 - 5, 9412E-12 7,8545E-19 6 - 1,1924E-07 1,7072E-09 - 5,9412E-12 7,8545E-19 La fig. 2 montre un système Schmidt-Cassegrain 32 avec un élément optique unitaire 12. Le système Schmidt-Cassegrain 32 représenté présente de bonnes propriétés constantes de reproduction limitées par réffraction, dans un domaine spectral de 3 à 5 m et sur une plage de températures de -25 C à +25 C. Des valeurs précises de conception du système Schmidt-Cassegrain 32 et les matériaux utilisés peuvent être prélevés du tableau 2 correspondant. La description de la forme des surfaces non sphériques s'effectue suivant la formule déjà indiquée précédemment.

Le mode de fonctionnement de l'élément optique unitaire 12 est le même que dans l'optique de Schmidt 10 qui a été décrite précédemment en référence à la figure 1. Contrairement à l'optique de Schmidt 10, le système Schmidt-Cassegrain 32 comporte toutefois un miroir primaire 34 d'une autre forme. Le miroir primaire 34 de forme non sphérique présente une ouverture centrale 35 derrière laquelle, par rapport au sens de passage principal 14, se trouve un détecteur 30. Après qu'un faisceau de rayons a traversé l'élément optique unitaire 12, et a été réfléchi en retour par le miroir primaire 34 sur l'élément optique unitaire 12, et a à nouveau traversé ici l'élément optique unitaire, et a été réfléchi en retour par celui-ci dans le sens de passage principal 14, à travers la couche réfléchissante 24, le faisceau de rayons traverse alors seulement une optique relais 36 et parvient ensuite sur le détecteur 30. L'optique relais 36 reproduit sur le détecteur une image se formant dans le plan d'image intermédiaire. L'optique relais 36 utilisée ici est constituée de quatre lentilles 38, 40, 42 et 44.

Tableau 2 Données de conception du système Schmidt-Cassegrain 32 Rayon (mm) Epaisseur (mm) Rayon Matériau Commentaire ou distance d'ouverture (mm) (mm) Plan objet Air Diaphragme 68.965474 72.408869 68. 620646 Diaphragme d'ouverture d'ouverture non représenté -65.486276 40. 333100 Air Distance par rapport à l'élément optique unitaire 5.171686 38. 615258 Germanium Zone de bordure (plaque de correction de Schmidt) 40. 177364 38. 615258 Air Distance par rapport au ' miroir primaire 34 ou distance par rapport à l'ouverture centrale 35 -110.762344 -40.177364 41. 359753 Réflexion en retour -5.171738 18.00000 Sulfure de zinc Zone intérieure 22 (miroir et lentille nivelant le plan d'image) 5.171738 118. 00000 Nouvelle réflexion 11.037425 18.00000 Air Distance par rapport à la lentille 38 5.859034 2.133360 Air Distance par rapport à la lentille 38 - 16.109223 3.214711 6.170810 Germanium Lentille 38 - 36.338459 0.100000 7. 646857 Air Distance par rapport à la lentille 40 - 33.897571 2.758492 7. 767933 Silicium Lentille 40 - 14.096099 3.564918 9.190755 Air Distance par rapport à la lentille 42 61.197257 2.758492 9.041283 Silicium Lentille 42 413.990932 8.082749 8.448544 Air Distance par rapport à la lentille 44 9.935008 2.290054 8.096642 Germanium Lentille 44 9.445879 2. 666137 6.545476 Air Distance par rapport au détecteur 30 12.990473 4. 984396 Air Distance par rapport au détecteur 30 Plan d'image 3.321618 Détecteur 30 Données non sphériques (conique et polynomial)

CC AD AE AF AG

4 6.4403E-08 1.0250E-12 1.0766E-15 - 1.6944E-19 0.392071 -- -- -- -- 6 7.

4839E-06 - 3.2806E-08 7.2880E-11 - 6.7013E-14 8 -- 7.4839E-06 3.

2806E-08 7.2880E-11 - 6.7013E-14

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Elément optique unique (12) avec un sens principal de passage (14) d'une face d'entrée (16) en direction d'un côté de sortie (18), caractérisé en ce qu'il est conçu sous la forme a. d'une plaque de correction de Schmidt, b. d'une lentille nivelant le champ d'image et c. d'un miroir réfléchissant.

2. Elément optique unique (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa face d'entrée (16) est plane.

3. Elément optique unique (12) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que sa face de sortie (18) est de forme non sphérique.

4. Elément optique unique (12) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est de forme cylindrique.

5. Elément optique unique (12) selon l'une des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce que sa face d'entrée (16) présente des couches réfléchissantes dans une zone intérieure centrale (22).

6. Elément optique unique (12) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la zone intérieure centrale (22) coopère avec une partie de la face d'entrée (16) et une partie de la face de sortie (18) en tant que miroir de Mangin.

7. Elément optique unique (12) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une zone de bordure (20), qui entoure la zone intérieure (22), est réalisée sous la forme d'une plaque de correction de Schmidt.

8. Elément optique unique (12) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la face de sortie (18) est conçue de manière à avoir un effet de dispersion optique dans sa zone de bordure (20) et un effet de resserrement optique dans sa zone intérieure centrale (22).

9. Elément optique unique (12) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une matière qui est perméable au rayonnement dans le domaine spectral infrarouge.

10. Utilisation d'un élément optique unitaire (12) selon l'une des 5 revendications précédentes dans un système de Schmidt (10).

11. Utilisation d'un élément optique unitaire (12) selon la revendication 10 dans un système Schmidt-Cassegrain (32).

12. Utilisation de l'élément optique unitaire (12) selon la revendication 1 1 dans un système Schmidt-Cassegrain (32) qui contient 10 un nombre d'écrans diffusants.

13. Utilisation de l'élément optique unitaire (12) selon l'une des revendications 11 ou 12 dans un système Schmidt-Cassegrain (32) qui comprend une optique relais (36).