FR2928747A1

FR2928747A1 - Optico-mechanical scanning system for controlling path of missile, has deviating unit formed of mirror with two reflecting faces, where reflecting faces are used for scanning region of explored space along two directions, respectively

Info

Publication number: FR2928747A1
Application number: FR8512220A
Authority: FR
Inventors: Fernand Loy
Original assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Current assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1985-08-09
Publication date: 2009-09-18

Abstract

The system (2) has a laser beam deviating unit located on a rotating disk (3) and formed of a mirror (5) with two reflecting faces. A cylindrical lens (10) focuses a laser beam (1) on a fixed slit (7) located in upstream of the deviating unit. The reflecting faces are used for scanning a region of an explored space along two directions, respectively. The reflecting faces are parallel and arranged one above another along semi-circumference of the rotating disk.

Description

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"SYSTEME DE BALAYAGE OPTICO-MECANI(UE POUR BALAYER SELON DEUX DIRECTIONS UNE REGION DE L'ESPACE". Système de balayage optico-mécanique pour balayer selon deux directions une région de l'espace par un faisceau de lumière comportant entre autres un moyen de déviation du faisceau de lumière disposé sur un disque tournant. 05 Un tel système est connu de la demande de brevet français n° 2 139 973. Dans ce brevet le système de balayage opticomécanique appelé générateur de balayage optique comporte un ensemble à miroirs tournants entraîné par un moteur, cet ensemble à miroirs tournants est constitué d'un cylindre poly- 10 gonal comportant un "grand nombre de surfaces réfléchissantes sensiblement planes" pour réaliser un balayage selon une première direction. A cet ensemble à miroirs tournants et au moteur qui l'entraîne sont associés deux engrenages, une came "à déplacement sensiblement linéaire", un poussoir de came sur 15 l'axe duquel est supporté un miroir pour le balayage dans une seconde direction. Un premier inconvénient d'un tel système est qu'il nécessite une mécanique relativement compliquée et coûteuse utilisant un nombre important de pièces de renvoi. Un second inconvénient d'un tel système est que les pièces méca- 20 niques en contact telles que les engrenages ou la came ont tendance à s'user, ce qui entraîne une perte de précision et de fidélité dans le balayage qui s'ajoute à une imprécision due à la non linéarité de la came . La présente invention propose un système du gen-25 re précité qui ne présente pas les inconvénients du système connu. Pour cela le système de balayage optico-mécanique pour balayer selon deux directions une région de l'espace du type mentionné dans le préambule est remarquable en ce que 30 le moyen de déviation est formé d'un miroir à deux faces ré-fléchissantes dont une face est utilisée pour le balayage - 2 - "OPTICO-MECANI SCANNING SYSTEM (UE FOR TWO-DIRECTION SCANNING OF A SPACE REGION") Optic-mechanical scanning system for scanning in two directions a region of the space by a beam of light including a means of This system is known from French Patent Application No. 2,139,973. In this patent the opticomechanical scanning system called optical scanning generator comprises a rotating mirror assembly driven by This rotating mirror assembly comprises a motor having a "large number of substantially planar reflective surfaces" for scanning in a first direction to the rotating mirror assembly and the motor There are associated two gears, a "substantially linear displacement" cam, a cam follower on the axis of which a mirror is supported. ur scanning in a second direction. A first disadvantage of such a system is that it requires a relatively complicated and expensive mechanics using a large number of return parts. A second disadvantage of such a system is that the mechanical parts in contact such as the gears or the cam tend to wear out, resulting in a loss of accuracy and fidelity in the sweep which is added to inaccuracy due to the non-linearity of the cam. The present invention provides a system of the aforementioned gen-25re which does not have the disadvantages of the known system. For this purpose, the optico-mechanical scanning system for scanning in two directions a region of the space of the type mentioned in the preamble is remarkable in that the deflection means is formed of a reflective two-sided mirror of which one face is used for scanning - 2 -

selon la première des deux directions et dont l'autre face est utilisée pour le balayage selon l'autre direction. Ainsi un moteur entraîne un disque supportant un seul miroir à deux fa-ces réfléchissantes, chaque face réfléchissante étant utilisée 05 pour balayer une direction déterminée, il est évident que la mécanique d'un tel système qui ne comporte que peu de pièces et aucune pièce de renvoi est bien plus simple à mettre en oeuvre et donc moins coûteuse. D'autre part il n'y a pas de pièces mécaniques en contact et donc pas d'usure, précision et 10 fidélité dans le balayage sont ainsi conservées dans le temps. De plus le système par lui-même confère une meilleure précision à grande distance que les systèmes connus. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre 15 comment l'invention peut être réalisée. La figure la montre le système de balayage optico-mécanique conforme à l'invention et la figure lb précise la position du miroir relativement au disque tournant. Les figures 2a et 2b montrent le cheminement dé- 20 plié du faisceau dans la direction où ce faisceau ne subit pas de rotation de 90° par rapport à son axe. La figure 3 représente une courbe d'éclairement d'une fente fixe pour un faisceau gaussien de section circulaire. 25 La figure 4 montre un dispositif d'amélioration de l'uniformité d'éclairement d'une fente fixe. La figure 5 représente une courbe d'éclairement d'une fente fixe lorsque le dispositif d'amélioration de l'uniformité d'éclairement est placé en amont de la fente fixe. 30 La figure 6 montre une variante du système de balayage optico-mécanique. Sur la figure la est représenté le système de balayage optico-mécanique conforme à l'invention. Un faisceau de lumière 1 est émis par une source de lumière (non représen- 35 tée sur la figure) et se propage à l'intérieur du système de balayage optico-mécanique 2 selon l'axe principal XX'. Le ba- - 3 - according to the first of the two directions and whose other face is used for scanning in the other direction. Thus a motor drives a disk supporting a single mirror with two reflective faces, each reflecting face being used to scan a given direction, it is obvious that the mechanics of such a system which comprises only a few parts and no parts referral is much simpler to implement and therefore less expensive. On the other hand there are no mechanical parts in contact and therefore no wear, accuracy and fidelity in the scan are thus preserved in time. In addition, the system itself provides better accuracy at a greater distance than known systems. The following description with reference to the accompanying drawings, given by way of example, will make it clear how the invention can be realized. Figure la shows the optico-mechanical scanning system according to the invention and Figure lb specifies the position of the mirror relative to the rotating disk. FIGS. 2a and 2b show the expanded path of the beam in the direction where this beam is not rotated 90 ° with respect to its axis. FIG. 3 represents an illumination curve of a fixed slot for a Gaussian beam of circular section. Figure 4 shows a device for improving the uniformity of illumination of a fixed slot. FIG. 5 represents an illumination curve of a fixed slot when the device for improving the uniformity of illumination is placed upstream of the fixed slot. Figure 6 shows a variant of the optico-mechanical scanning system. In Figure la is shown the optico-mechanical scanning system according to the invention. A light beam 1 is emitted by a light source (not shown in the figure) and propagates inside the opticomechanical scanning system 2 along the main axis XX '. The - 3 -

layage selon deux directions d'une région de l'espace est obtenu au moyen d'un unique disque tournant 3 autour d'un axe 4 d'inclinaison égale à 45° par rapport à l'axe principal XX', 05 disque qui est entraîné à vitesse constante par un moteur (non représenté sur la figure). Sur le disque 3 est disposé ou dé-posé un moyen de déviation 5. Conformément à l'invention le moyen de déviation 5 est formé d'un miroir à deux faces réfléchissantes dont une 10 face est utilisée pour le balayage selon la première des deux directions et dont l'autre face est utilisée pour le balayage selon l'autre direction. Le moyen de déviation 5 est donc un miroir tournant avec le disque autour de l'axe de rotation 4. Dans un mode de réalisation préféré de l'inven- 15 tion les deux faces réfléchissantes du miroir sont sensible-ment parallèles entre elles, sont situées l'une au-dessus de l'autre, le long d'une demi-circonférence du disque tournant, elles présentent un angle a, relativement aux plans contenant les faces du disque, qui varie proportionnellement à l'angle 20 R décrit par le disque en rotation, chaque surface réfléchissante étant engendrée par un segment de droite S pivotant de l'angle a autour de son centre lorsqu'il décrit Q , le lieu des centres du segment de droite S étant ainsi un demi-cercle C, tandis que les deux plans contenant chacun une face du dis- 25 que coupent chaque surface réfléchissante selon chaque demi-cercle C. Ainsi les deux faces sensiblement parallèles du miroir 5 sont chacune formées d'une surface réglée pseudo-hélicoïdale, c'est à dire dont l'inclinaison a n'est pas constante mais varie linéairement le long du demi-cercle C concentri-30 que à la demi-circonférence du disque sur laquelle le miroir est disposé ou déposé. Le rapport a/Q est dans cette application faible (de l'ordre de 0,015, cet ordre de grandeur n'étant cependant pas limitatif). Sur la figure lb il est précisé la position du 35 miroir 5 relativement au disque tournant 3. Le miroir 5 est disposé autour d'une demi-circonférence du disque tournant 3, le lieu des points M, N, P, Q,... est le demi-cercle C, les - 4 - two-way layering of a region of the space is obtained by means of a single rotating disk 3 about an inclination axis 4 equal to 45 ° with respect to the main axis XX ', 05 disk which is driven at constant speed by a motor (not shown in the figure). On the disk 3 is disposed or de-posed deflection means 5. According to the invention the deflection means 5 is formed of a mirror with two reflective faces, one face is used for scanning according to the first of the two directions and whose other face is used for scanning in the other direction. The deflection means 5 is therefore a mirror rotating with the disc around the axis of rotation 4. In a preferred embodiment of the invention the two reflecting faces of the mirror are substantially parallel to each other, are located one above the other, along a semi-circumference of the rotating disk, they have an angle a, relative to the planes containing the faces of the disk, which varies proportionally to the angle R described by the rotating disk, each reflecting surface being generated by a line segment S pivoting about the angle α about its center when describing Q, the location of the centers of the line segment S thus being a semicircle C, while that the two planes each containing one face of the disc intersect each reflecting surface in each half-circle C. Thus the two substantially parallel faces of the mirror 5 are each formed of a pseudo-helical regulated surface, ie Don t inclination a is not constant but varies linearly along the semicircle C concentri-30 that the half-circumference of the disc on which the mirror is arranged or deposited. The ratio a / Q is in this weak application (of the order of 0.015, this order of magnitude being however not limiting). In FIG. 1b, the position of the mirror 5 relative to the rotating disc 3 is specified. The mirror 5 is arranged around a half-circumference of the rotating disc 3, the locus of the points M, N, P, Q, .. is the semicircle C, the - 4 -

points M, N, P, Q,... étant les centres du segment de droite S lorsque celui-ci engendre la surface réfléchissante (supérieure sur le dessin) en décrivant Q. Pour la clarté de l'explica- 05 tion, on admet S = 0 au point M, 3 quelconque au point N, 3 _ + 2 au point P et Q = - i au point Q, et ainsi a = 0 pour 3 _ 0, pour a quelconque a est proportionnel à S dans le rapport a/3 précisé ci-avant, a est vu dans ce cas sur la vue de des-sus suivant la coupe AA avec une inclinaison positive (l'angle 10 a ainsi que les dimensions du miroir 5 relativement au disque 3 sont exagérés pour une plus grande clarté du dessin), pour S = + 2 l'angle a atteint son maximum d'inclinaison positive, tive. 15 Sur la vue représentée en coupe AA, les plans conenant chaque face du disque 3 sont montrés en pointillé, chaque plan coupe la face du miroir correspondante en son centre et sur la vue de dessus l'intersection du plan contenant la face supérieuredu disque avec la surface réfléchissante est 20 le demi-cercle C. Lorsque les deux faces réfléchissantes du miroir 5 sont parallèles et identiques entre elles la région de l'espace à explorer est de forme carrée, si ces deux faces réfléchissantes sont différentes la région de l'espace peut alors 25 être rectangulaire. Selon une caractéristique du système l'axe de rotation du disque tournant est situé dans le plan contenant l'axe principal du faisceau de lumière. Dans une application préférée le faisceau de lu-30 mière 1 est un faisceau laser, pour sa directivité et surtout sa très forte intensité lumineuse. Dans un mode de réalisation préféré du système selon l'invention pour lequel il est prévu de projeter des faisceaux plats pour balayer l'espace le système est remarqua- 35 ble en ce que le faisceau laser est d'abord focalisé par une pour R = - 2 l'angle a atteint son maximum d'inclinaison néga- -5- points M, N, P, Q, ... being the centers of the line segment S when this generates the reflecting surface (top in the drawing) by describing Q. For the sake of clarity, admit S = 0 at point M, any 3 at point N, 3 _ + 2 at point P and Q = - i at point Q, and so a = 0 for 3 _ 0, for a any a is proportional to S in the a / 3 ratio specified above, a is seen in this case on the view of des-sus following the AA cut with a positive inclination (the angle 10 and the dimensions of the mirror 5 relatively to the disc 3 are exaggerated for a greater clarity of the drawing), for S = + 2 the angle has reached its maximum of positive inclination, tive. In the view shown in section AA, the planes comprising each face of the disk 3 are shown in dotted lines, each plane intersects the face of the corresponding mirror at its center and in the top view the intersection of the plane containing the upper face of the disk with the reflective surface is the semicircle C. When the two reflecting faces of the mirror 5 are parallel and identical to each other, the region of the space to be explored is of square shape, if these two reflecting faces are different from the region of the space can then be rectangular. According to a characteristic of the system, the axis of rotation of the rotating disk is located in the plane containing the main axis of the light beam. In a preferred application the light beam 1 is a laser beam, for its directivity and especially its very high light intensity. In a preferred embodiment of the system according to the invention for which it is intended to project flat beams to scan the space the system is remarkable in that the laser beam is first focused by one for R = - 2 the angle has reached its maximum of negative inclination -5-

lentille cylindrique sur une fente fixe située en amont du moyen de déviation. En effet à ce que l'on convient d'appeler entrée du système de balayage optico-mécanique le faisceau laser 1 05 est focalisé au moyen d'une lentille cylindrique 6 sur une fente fixe 7 percée dans une plaque mince opaque. Deux images de la fente 7 se forment alternativement en 8 et 9 selon la position du disque tournant 3. Dans la position du disque 3 et donc du miroir 5 représentée figure la, l'image de la fente 7 10 donnée par des lentilles 10 et 11 se forme en 8. Selon une des caractéristiques du système la fente fixe est située au foyer de la lentille placée en aval de ladite fente. Ainsi la fente fixe 7 est située au foyer de la lentille 10. 15 Afin que la figure la reste lisible, seule une nappe plane et parallèle 12 a été représentée émergeant de la lentille cylindrique 6, cette nappe 12 contient l'axe principal XX' du système optique. La nappe plane et parallèle 12 traverse la fente fixe 7 et est réfléchie vers la lentille 10 20 par la face réfléchissante supérieure du miroir 5. Dans une application préférée le système de balayage optico-mécanique est remarquable en ce que l'image du faisceau issu de la fente fixe subit, selon l'une des deux di-rections, une rotation de 90° par rapport à son axe au moyen 25 d'un système de redressement. Ainsi un ensemble de prismes 13 constituant le système de redressement introduit une rotation de 90° de l'image 8 autour de l'axe principal XX'. L'ensemble de prismes 13 est constitué de 3 prismes à réflexion totale accolés 13a, 13b, 13c. Le prisme 13a réalise une déviation de 30 90° de la nappe incidente, le prisme 13b réalise une déviation de 180° de la nappe émergeant du prisme 13a, le prisme 13c incliné de 90° par rapport à l'horizontale, réalise une déviation de 90° et une rotation de 90° autour de l'axe principal XX' de la nappe émergeant du prisme 13b. La nappe plane 12 35 sort parallèle en 14 en passant par l'image 8 de la fente fixe 7. - 6 - cylindrical lens on a fixed slot located upstream of the deflection means. Indeed, it is appropriate to call the input of the optico-mechanical scanning system the laser beam 105 is focused by means of a cylindrical lens 6 on a fixed slot 7 pierced in an opaque thin plate. Two images of the slot 7 are formed alternately at 8 and 9 according to the position of the rotating disk 3. In the position of the disk 3 and therefore of the mirror 5 shown in FIG. 1a, the image of the slot 7 10 given by lenses 10 and It is formed in 8. According to one of the characteristics of the system, the fixed slot is situated at the focus of the lens placed downstream of said slot. Thus the fixed slot 7 is located at the focus of the lens 10. In order that the figure remains legible, only a flat and parallel sheet 12 has been shown emerging from the cylindrical lens 6, this sheet 12 contains the main axis XX ' of the optical system. The plane and parallel sheet 12 passes through the fixed slot 7 and is reflected towards the lens 10 by the upper reflecting surface of the mirror 5. In a preferred application the optico-mechanical scanning system is remarkable in that the image of the beam the fixed slot undergoes, according to one of the two di-rections, a rotation of 90 ° with respect to its axis by means of a rectification system. Thus a set of prisms 13 constituting the rectification system introduces a 90 ° rotation of the image 8 around the main axis XX '. The set of prisms 13 consists of 3 total reflection prisms contiguous 13a, 13b, 13c. The prism 13a carries out a 90 ° deflection of the incident web, the prism 13b realizes a 180 ° deviation of the sheet emerging from the prism 13a, the prism 13c inclined at 90 ° with respect to the horizontal, realizes a deflection of 90 ° and a rotation of 90 ° around the main axis XX 'of the sheet emerging from the prism 13b. The flat sheet 12 leaves parallel at 14 through the image 8 of the fixed slot 7. - 6 -

Selon une autre caractéristique du système selon l'invention, ledit système comporte de plus des lentilles qui conjuguent la fente fixe et son image, la distance séparant ces lentilles étant égale au double de leurs distances foca- 05 les. Ainsi la fente fixe 7 et son image 8 sont conjuguées par les lentilles 10 et 11. D'autre part, le système de balayage optico-mécanique est remarquable en ce qu'il comporte à sa sortie un système afocal composé de deux lentilles et dont la lentille 10 de sortie est de préférence un objectif zoom. En effet, une lentille 15 focalise la nappe 14 en un point 16 situé sur l'axe principal XX' du système optique. La lentille 17 projet-te ce point à l'infini. Les lentilles 15 et 17 forment ainsi un système afocal et la lentille 17 est de préférence un ob- 15 jectif zoom de grand rapport de distances focales, ce qui per-met de conserver une surface d'exploration constante en fonction de l'éloignement de la région de l'espace à explorer. Si pour la lisibilité de la figure la seule une unique nappe 12 a été représentée, en fait il existe un ensem- 20 ble de nappes parallèles qui traversent la fente fixe 7 en faisant un angle de 45° + 2a (l'angle de 45° est dû à l'inclinaison du disque 3 et l'angle 2a est l'angle de déviation d'un miroir tournant d'inclinaison a ) avec l'axe principal XX' lorsqu'elles sont réfléchies par le miroir 5, les nappes 25 passent aussi par l'image 8 de la fente fixe 7. La lentille 15 fait converger chacune de ces nappes en un point, l'ensemble de ces points forment une ligne 18 qui est projetée à l'infini par la lentille 17. Le système de balayage optico-mécanique est eus- 30 si remarquable en ce que un balayage dans les deux directions de la région de l'espace explorée est réalisé en un seul tour du disque. En effet la ligne 18 est déplacée dans le sens horizontal par la rotation du miroir 5 disposé sur le disque tournant 3. Si le miroir 5 était un miroir plan perpendiculai- 35 re à l'axe de rotation 4 du disque 3, l'image 18 serait fixe - 7 - According to another characteristic of the system according to the invention, said system further comprises lenses which conjugate the fixed slot and its image, the distance separating these lenses being equal to twice their focal distances. Thus the fixed slot 7 and its image 8 are conjugated by the lenses 10 and 11. On the other hand, the optico-mechanical scanning system is remarkable in that it comprises at its output an afocal system composed of two lenses and the exit lens 10 is preferably a zoom lens. Indeed, a lens 15 focuses the web 14 at a point 16 located on the main axis XX 'of the optical system. The lens 17 projects this point to infinity. The lenses 15 and 17 thus form an afocal system and the lens 17 is preferably a zoom lens with a large focal length ratio, which makes it possible to maintain a constant scanning surface as a function of the distance of the lens. the area of space to explore. If for the readability of the figure the only one single ply 12 has been shown, in fact there is a set of parallel plies which pass through the fixed slit 7 at an angle of 45 ° + 2a (the angle of 45 °). ° is due to the inclination of the disk 3 and the angle 2a is the deflection angle of a rotating mirror inclination a) with the main axis XX 'when reflected by the mirror 5, the layers 25 also pass through the image 8 of the fixed slot 7. The lens 15 converges each of these sheets into a point, all of these points form a line 18 which is projected to infinity by the lens 17. The optico-mechanical scanning system is so remarkable that scanning in both directions of the region of the explored space is achieved in a single turn of the disk. Indeed, the line 18 is displaced in the horizontal direction by the rotation of the mirror 5 disposed on the rotating disk 3. If the mirror 5 was a plane mirror perpendicular to the axis of rotation 4 of the disk 3, the image 18 would be fixed - 7 -

pendant la rotation du disque 3 mais la face réfléchissante du miroir 5 est formée d'une surface réglée pseudo-hélicoïdale décrite ci-avant ainsi la nappe plane 12 est déviée vers la lentille 10 de 90° + 2a (a dépendant de la position du miroir) 05 en contenant toujours l'axe principal XX' du système optique. A la sortie du système de redressement 13 et de la lentille 11 la nappe parallèle 14 passe toujours par l'image 8 de la fente fixe 7, mais elle est déviée dans son plan d'un angle + 2a . La lentille 15 la focalise en un point 19 situé en dehors de 10 l'axe principal XX'. La lentille 15 fait converger chacune des nappes parallèles en un point, l'ensemble de ces points formant une ligne 20. Ainsi est réalisé le balayage linéaire du faisceau de lumière 1 selon une première des deux directions, dans le cas présent dans une direction horizontale. La ligne 15 18 correspond au balayage à l'instant où Q = a = 0, la ligne 20 correspond à un instant quelconque où a est différent de 0 et où la surface réfléchissante supérieure du miroir 5 réfléchit toujours l'ensemble des nappes planes 12, le disque 3 ayant tourné d'un angle inférieur ou égal à 180° (angle cor- 20 respondant à la demi- circonférence sur laquelle est placé le miroir 5). Un balayage linéaire horizontal complet par une ligne verticale est donc réalisé pour un demi-tour du disque 3 et au moyen du miroir 5 dont l'angle d'inclinaison varie de + a à - 25 Lorsque le disque 3 a tourné de 180° autour de son axe de rotation 4, la nappe plane 12 issue de la fente fixe 7 n'est plus réfléchie par la face supérieure du miroir 5 comme dans l'instant immédiatement précédent mais traverse une lentille 21 puis un prisme de renvoi 22 à réflexion totale qui 30 dévie de 90° sans rotation la nappe incidente vers une lentille 23, la nappe émergeant de la lentille 23 et passant par l'image 9 de la fente fixe 7 est réfléchie par la face réfléchissante inférieure du miroir 5 qui la dévie de 90° t 2a (a dépendant de la position du miroir comme dans le cas d'un ba- 35 layage horizontal précédemment décrit). Le prisme 22 ne réali- - 8 - during the rotation of the disk 3 but the reflecting surface of the mirror 5 is formed of a pseudo-helical controlled surface described above and the flat sheet 12 is deflected towards the lens 10 of 90 ° + 2a (a depending on the position of the mirror) 05 still containing the main axis XX 'of the optical system. At the exit of the straightening system 13 and the lens 11 the parallel sheet 14 always passes through the image 8 of the fixed slot 7, but it is deflected in its plane by an angle + 2a. The lens 15 focuses it at a point 19 located outside the main axis XX '. The lens 15 converges each of the parallel sheets at a point, all of these points forming a line 20. Thus, the linear scanning of the light beam 1 is performed in a first of the two directions, in this case in a horizontal direction . Line 18 corresponds to the sweep at the instant when Q = a = 0, line 20 corresponds to any time when a is different from 0 and where the upper reflective surface of mirror 5 always reflects all flat plies 12 , the disc 3 having rotated by an angle less than or equal to 180 ° (angle corresponding to the half-circumference on which the mirror 5 is placed). A complete horizontal linear scan by a vertical line is thus performed for a half-turn of the disc 3 and by means of the mirror 5 whose angle of inclination varies from + a to -25. When the disc 3 has rotated 180 ° around of its axis of rotation 4, the plane web 12 issuing from the fixed slot 7 is no longer reflected by the upper face of the mirror 5 as in the instant immediately preceding but passes through a lens 21 and then a reflection prism 22 with total reflection which deflects 90 ° without rotation the incident web to a lens 23, the web emerging from the lens 23 and passing through the image 9 of the fixed slot 7 is reflected by the lower reflecting surface of the mirror 5 which deviates from 90 ° t 2a (a depending on the position of the mirror as in the case of a horizontal scan previously described). The prism 22 does not

sant qu'une déviation de 90° de la nappe incidente sans rotation de celle-ci autour de son axe principal XX', la nappe ré-fléchie et déviée par le miroir 5 est propagée selon un plan perpendiculaire à celui contenant la nappe 14 (lors d'un ba- 05 layage horizontal). Cette nappe perpendiculaire à la nappe 14 est focalisée par la lentille 15 au point 16 situé sur l'axe principal XX' si a - 0 et en un point situé en dehors de l'axe XX' si a est différent de O. La lentille 17 projette ces points à 10 l'infini. Comme dans le cas précédent la lentille 15 focalise l'ensemble des nappes perpendiculaires aux nappes 14, chacune en un point; l'ensemble des points formant une ligne qui dans le cas présent est horizontale. Un balayage linéaire vertical complet par une ligne horizontale est aussi réalisé pour un 15 demi-tour du disque 3 au moyen du miroir 5 dont l'angle d'inclinaison varie de + a à - a. Ainsi un balayage horizontal complet est immédiatement suivi d'un balayage vertical complet et est réalisé en un tour du disque 3. 20 Il est à noter qu'en pratique la fente fixe 7 est située le plus près possible du disque 3 pour que la déviation du disque soit au plus près de l'image des pupilles. L'aberration introduite par un miroir à surface réglée pseudo-hélicoïdale est négligeable lorsque ce miroir 25 peut être assimilé à un miroir plan sur la surface utile instantanée. C'est le cas ici parce que la fente fixe 7 est très étroite et située près du disque, de plus comme il a été dit précédemment l'angle a d'inclinaison du miroir est très faible. 30 Les figures 2a et 213 représentent le cheminement déplié (c'est à dire que n'apparaît pas la déviation due au prisme 22) du faisceau dans la direction où ce faisceau ne su-bit pas de rotation de 90° par rapport à son axe, c'est à dire pour la réalisation d'un balayage vertical. La figure 2a est 35 une projection du faisceau sur un plan horizontal, la figure 2b est une projection du faisceau sur un plan vertical. - 9 - As a 90 ° deflection of the incident web without rotating it about its main axis XX ', the web re-flexed and deflected by the mirror 5 is propagated in a plane perpendicular to that containing the web 14 (FIG. during a horizontal scan). This sheet perpendicular to the sheet 14 is focused by the lens 15 at the point 16 located on the main axis XX 'if a - 0 and at a point outside the axis XX' if a is different from O. The lens 17 projects these points to infinity. As in the previous case, the lens 15 focuses all the plies perpendicular to the plies 14, each at a point; the set of points forming a line which in this case is horizontal. A complete vertical linear scan by a horizontal line is also performed for a half-turn of the disk 3 by means of the mirror 5 whose inclination angle varies from + a to -a. Thus, a complete horizontal scan is immediately followed by a complete vertical scan and is performed in one turn of the disc 3. It should be noted that in practice the fixed slot 7 is located as close as possible to the disc 3 so that the deflection of the disk is as close to the image of the pupils. The aberration introduced by a mirror with a pseudo-helical controlled surface is negligible when this mirror 25 can be likened to a plane mirror on the instantaneous working surface. This is the case here because the fixed slot 7 is very narrow and located near the disk, moreover, as has been said previously, the angle of inclination of the mirror is very small. FIGS. 2a and 213 show the unfolded path (that is to say that the deflection due to the prism 22) does not appear in the direction in which this beam does not rotate by 90 ° with respect to its axis, that is to say for the realization of a vertical scan. Figure 2a is a projection of the beam on a horizontal plane, Figure 2b is a projection of the beam on a vertical plane. - 9 -

Sur la figure 2a le faisceau 1 selon l'axe XX' est focalisé par la lentille cylindrique 6 sur la fente 7 et selon une caractéristique du système, la fente fixe 7 est si-tuée au foyer de la lentille 21 de façon à avoir des faisceaux 05 parallèles entre les lentilles 21 et 23 en projection sur le plan horizontal. L'image 9 de la fente fixe 7 focalisée par la lentille 15 se forme sur la lentille 17 qui est la pupille de sortie du système afocal. Sur la figure 2b le faisceau selon la projection 10 sur un plan vertical passe parallèle par la lentille cylindrique 6 et par la fente 7 selon sa longueur puis par les lentilles 21 et 23 pour ressortir parallèle de la lentille 23. En effet selon une caractéristique du système selon l'invention, le système comporte de plus des lentilles qui conjuguent la 15 fente fixe et son image, la distance séparant ces lentilles étant égale au double de leurs distances focales. La fente fixe 7 est conjuguée de son image 9 au moyen des lentilles 21 et 23. La distance séparant la lentille 21 et la lentille 23 est égale au double de leurs distances focales afin que le fais- 20 ceau qui rentre parallèle en 21 sorte parallèle de la lentille 23. Le miroir 5 disposé sur le disque 3 (figure la) est schématiquement représenté comme un prisme déviateur de + 2a . Lorsque la déviation est nulle (a = 0) la nappe 12 converge au centre du champ au point 16 (tracé en trait plein). Lorsque 25 la déviation est par exemple de + 2a (tracé en trait pointillé), la nappe converge au point 24 situé en dehors de l'axe principal XX'. Les nappes sont ensuite projetées à l'infini par la lentille 17. La figure 3 représente une courbe d'éclairement 30 d'une fente fixe éclairée par un faisceau laser gaussien de section circulaire. L'éclairement E de la fente fixe 7 par la lentille cylindrique 6 (figure la) n'est pas uniforme sur toute la longueur L de la fente. La répartition des éclairements est gaussienne et est représentée sur la figure 3. L'éclaire- 35 ment est de 1 au centre de la fente il est de 0,1 sur les bords de la fente. - 10 - In FIG. 2a the beam 1 along the axis XX 'is focused by the cylindrical lens 6 on the slot 7 and according to a characteristic of the system, the fixed slot 7 is located at the focus of the lens 21 so as to have parallel beams 5 between the lenses 21 and 23 in projection on the horizontal plane. The image 9 of the fixed slot 7 focused by the lens 15 is formed on the lens 17 which is the exit pupil of the afocal system. In FIG. 2b, the beam along the projection 10 on a vertical plane passes parallel through the cylindrical lens 6 and through the slot 7 along its length and then through the lenses 21 and 23 to emerge parallel to the lens 23. Indeed, according to a characteristic of the According to the invention, the system further comprises lenses which conjugate the fixed slot and its image, the distance separating these lenses being equal to twice their focal lengths. The fixed slot 7 is conjugated with its image 9 by means of the lenses 21 and 23. The distance separating the lens 21 and the lens 23 is equal to twice their focal lengths so that the beam which returns parallel in parallel manner of the lens 23. The mirror 5 disposed on the disk 3 (Figure la) is schematically represented as a deviating prism of + 2a. When the deviation is zero (a = 0) the ply 12 converges at the center of the field at point 16 (solid line). When the deviation is, for example, + 2a (dotted line), the web converges at point 24 located outside the main axis XX '. The plies are then projected to infinity by the lens 17. FIG. 3 represents an illumination curve 30 of a fixed slot illuminated by a Gaussian laser beam of circular section. The illumination E of the fixed slot 7 by the cylindrical lens 6 (Figure la) is not uniform over the entire length L of the slot. The distribution of the illuminances is Gaussian and is shown in FIG. 3. The illumination is 1 at the center of the slit 0.1 is at the edges of the slit. - 10 -

Selon un mode de réalisation préféré du système selon l'invention, ledit système est remarquable en ce qu'il comporte en outre un dispositif d'amélioration de l'uniformité d'éclairement de la fente fixe situé en amont de ladite fente 05 et comprenant deux lames à faces parallèles inclinées symétriquement. La figure 4 montre un tel dispositif d'amélioration de l'uniformité d'éclairement d'une fente fixe. En effet on peut améliorer l'uniformité d'éclairement de la fente fixe 10 7 en coupant le faisceau laser 1 par un plan vertical passant par l'axe principal XX' et en translatant verticalement les deux moitiés du faisceau au moyen de deux lames 25 et 26 à fa-ces parallèles inclinées respectivement de - y et de + y par rapport à l'axe principal XX'. Sur le figure 4 en vue de face 15 est représenté le faisceau laser Le en trait plein à l'entrée du dispositif d'amélioration de l'uniformité d'éclairement, de même sont représentés les deux demi-faisceaux Ls en pointillé à la sortie dudit dispositif. La figure 5 représente une courbe d'éclairement 20 d'une fente fixe lorsque le dispositif d'amélioration de l'uniformité d'éclairement est placé en amont de la fente fixe. Sur la figure 5 sont représentés en pointillé les éclairements E1 et E2 de chaque demi-faisceau le long de la fente fixe 7, en trait plein est représenté l'éclairement résultant Er. Lié- 25 clairement maximum de chaque demi-faisceau Ls est alors de 0,5. Les courbes d'éclairement Cl et E2 sont symétriques par rapport au centre de la fente, l'éclairement au bord de la fente étant pour chacune des courbes d'éclairement de 0,37 du côté de la fente vers lequel le demi-faisceau a subi la trans- 30 lation et de l'ordre de 0 de l'autre côté de la fente. L'éclairement résultant Er qui est la somme des éclairements E1 et E2 est ainsi uniformisé. En effet au centre de la fente l'éclairement est alors de 0,5, il est au minimum sur les bords de la fente d'environ 0,37. - il - According to a preferred embodiment of the system according to the invention, said system is remarkable in that it further comprises a device for improving the uniformity of illumination of the fixed slot located upstream of said slot 05 and comprising two blades with parallel faces inclined symmetrically. Figure 4 shows such a device for improving the uniformity of illumination of a fixed slot. Indeed one can improve the uniformity of illumination of the fixed slot 7 by cutting the laser beam 1 by a vertical plane passing through the main axis XX 'and by translating vertically the two halves of the beam by means of two blades 25 and 26 to fa-these parallel inclined respectively of - y and + y relative to the main axis XX '. In FIG. 4, in front view 15 is shown the laser beam The solid line at the entrance of the device for improving the uniformity of illumination, likewise are represented the two half-beams Ls in dotted lines at the exit said device. FIG. 5 represents an illumination curve 20 of a fixed slot when the device for improving the uniformity of illumination is placed upstream of the fixed slot. In FIG. 5 are represented in dotted lines the illuminations E1 and E2 of each half-beam along the fixed slot 7, in solid line is represented the resulting illumination Er. The maximum bound of each half-beam Ls is then 0.5. The illumination curves C1 and E2 are symmetrical with respect to the center of the slot, the illumination at the edge of the slot being for each of the illumination curves of 0.37 on the side of the slot towards which the half-beam has transferred and in the order of 0 on the other side of the slot. The resulting illumination Er which is the sum of the illuminations E1 and E2 is thus standardized. Indeed in the center of the slot the illumination is then 0.5, it is at least on the edges of the slot of about 0.37. - he -

Sur la figure 6 est représentée une variante du système de balayage optico-mécanique qui permet de libérer la place prise par le prisme 22 (voir figure 1) et ainsi de dégager l'axe de rotation 4 du disque tournant 3 afin de rendre 05 plus aisé le montage d'un moteur classique pour entraîner en rotation le disque 3. Sur cette figure les éléments communs à la figure 1 sont identiquement référencés. Le prisme 22 de la figure 1 est remplacé par 4 prismes à réflexion totale 221, 222, 223, 224, les lentilles 21 et 23 sont à présent référen- 10 cées 211 et 231 dans ce nouveau trajet optique. Leur fonction est identique mais leur distance focale est plus grande puis-que le trajet optique est allongé. Ainsi lorsque le disque 3 a tourné de 180°, la nappe plane 12 verticale est déviée de 90° par le prisme 221, 15 passe par la lentille 211 est déviée de nouveau de 90° en su-bissant de plus une rotation de 45° par rapport à la nappe incidente au moyen du prisme 222 qui est incliné de 45° par rapport à l'horizontale, la nappe émergeant du prisme 222 est à son tour déviée de 90° et subit aussi une rotation de 45°, par 20 rapport à la nappe émergeant du prisme 222, au moyen du prisme 223 incliné à 45° par rapport à l'horizontale. La nappe émergeant du prisme 223 après avoir subi les deux rotations de 45° au moyen des prismes 222 et 223 est à présent située dans un plan horizontal, elle passe par la lentille 231 et enfin par 25 le prisme 224 qui la dévie de 90°. La nappe émergeant du pris-me 224 passe par l'image 9 de la fente fixe 7, image qui est située dans le plan contenant la face par laquelle émerge la nappe de sortie. Il est à noter que l'ensemble des quatre prismes 221, 222, 223, 224 ne modifie pas l'orientation des 30 faisceaux, la nappe issue de la fente fixe 7 entre verticale-ment en 221 et sort verticalement en 224. Ainsi les nappes d'entrée et de sortie sont contenues dans le plan vertical passant par l'axe de rotation 4 du disque 3. Un tel système de balayage peut être avantageu-35 serrent utilisé dans un système de guidage, plus particulière- - 12 - FIG. 6 shows a variant of the optico-mechanical scanning system which makes it possible to free the place taken by the prism 22 (see FIG. 1) and thus to disengage the axis of rotation 4 of the rotating disc 3 in order to make more easy assembly of a conventional motor to rotate the disk 3. In this figure the elements common to Figure 1 are identically referenced. The prism 22 of FIG. 1 is replaced by 4 total reflection prisms 221, 222, 223, 224, the lenses 21 and 23 are now referenced 211 and 231 in this new optical path. Their function is identical but their focal length is greater then that the optical path is elongated. Thus, when the disc 3 has rotated 180 °, the vertical flat ply 12 is deflected by 90 ° by the prism 221, passes through the lens 211 and is deflected 90 ° further by rotating a 45 ° rotation. relative to the incident web by means of the prism 222 which is inclined at 45 ° to the horizontal, the web emerging from the prism 222 is in turn deviated by 90 ° and is also rotated by 45 °, relative to to the sheet emerging from the prism 222, by means of the prism 223 inclined at 45 ° to the horizontal. The sheet emerging from the prism 223 after having undergone the two rotations of 45 ° by means of the prisms 222 and 223 is now located in a horizontal plane, it passes through the lens 231 and finally through the prism 224 which deviates it by 90 ° . The sheet emerging from the take-me 224 passes through the image 9 of the fixed slot 7, which image is located in the plane containing the face through which emerges the outlet sheet. It should be noted that all of the four prisms 221, 222, 223, 224 do not modify the orientation of the beams, the sheet resulting from the fixed slot 7 between vertical-ment at 221 and leaves vertically at 224. Thus the The inlet and outlet plies are contained in the vertical plane passing through the axis of rotation 4 of the disk 3. Such a scanning system may be advantageously used in a particular guiding system.

ment dans un système de guidage sur faisceau laser pour le contrôle de la trajectoire d'un missile. Le champ de guidage est carré, il est codé en coordonnées rectangulaires, le système de balayage projette le faisceau laser alternativement 05 dans le champ horizontal et dans le champ vertical. Le balayage est réalisé de préférence à vitesse constante avec un temps mort tendant vers O. L'objet ou le missile à contrôler est éclairé à chaque balayage, l'instant du passage du balayage donne les coordonnées de l'objet dans le champ lorsque 10 l'instant d'origine des balayages et les caractéristiques des balayages sont connus. Ce système peut être utilisé aisément pour des faisceaux laser de longueur d'onde quelconque, cependant il convient particulièrement bien à des faisceaux laser dont la 15 longueur d'onde est de l'ordre de 10 p m. Sur la figure la l'ensemble de prismes 13 et le prisme 22 peuvent de manière évidente être avantageusement remplacés par des miroirs dans le cas d'utilisation de laser IR. L'ensemble de prisme 13 peut être remplacé par 4 miroirs 20 de façon à opérer une rotation du faisceau de 90° autour de l'axe principal XX', le prisme 22 étant lui remplacé par un seul miroir. D'autres schémas de redressement sont possibles cependant il est essentiel de garder en mémoire que les points d'intersection de l'axe principal XX' avec le miroir 5 sont 25 diamétralement opposés par rapport à l'axe de rotation 4. 30 35 in a laser beam guidance system for controlling the trajectory of a missile. The guiding field is square, it is coded in rectangular coordinates, the scanning system projects the laser beam alternately in the horizontal field and in the vertical field. The scanning is preferably carried out at constant speed with a dead time tending towards O. The object or the missile to be controlled is illuminated with each scan, the instant of the passage of the scan gives the coordinates of the object in the field when 10 the time of origin of the scans and the characteristics of the scans are known. This system can be used easily for laser beams of any wavelength, however it is particularly suitable for laser beams having a wavelength of the order of 10 μm. In FIG. 1a the set of prisms 13 and the prism 22 can obviously be advantageously replaced by mirrors in the case of use of IR laser. The prism assembly 13 may be replaced by 4 mirrors 20 so as to rotate the beam 90 ° around the main axis XX ', the prism 22 being replaced by a single mirror. Other rectification schemes are possible however it is essential to keep in mind that the points of intersection of the main axis XX 'with the mirror 5 are diametrically opposite to the axis of rotation 4.

Claims

An optico-mechanical scanning system for scanning a region of the space in two directions by a light beam having inter alia means for deflecting the light beam disposed on a rotating disk, characterized in that the The deflection means is formed of a mirror with two reflective faces, one face of which is used for scanning according to the first of the two directions and the other side of which is used for scanning in the other direction.

2. An optico-mechanical scanning system according to claim 1, characterized in that the two reflecting faces of the mirror are substantially parallel to each other, are located one above the other, along a vertical axis. mid-circumference of the rotating disk, they have an angle a, relative to the planes containing the faces of the disk, which varies proportionally to the angle R described by the rotating disk, each reflecting surface being generated by a line segment S pivoting the angle α about its center 20 when it describes R, the location of the centers of the line segment S thus being a semicircle C, while the two planes each holding one face of the disc intersect each reflecting surface according to each half circle C.

3. Optico-mechanical scanning system according to one of claims 1 to 2 characterized in that the axis of rotation of the rotating disk is located in the plane containing the main axis of the light beam.

4. Optico-mechanical scanning system according to one of claims 1 to 3 characterized in that the beam of light is a laser beam.

An opticomechanical scanning system according to claim 4 for projecting flat beams, characterized in that the laser beam is first focused by a cylindrical lens on a fixed slot upstream of the deflection means. -

6. optico-mechanical scanning system according to one of claims 4 to 5 characterized in that the fixed slot is located at the focus of the lens placed downstream of said slot. 05

7. optico-mechanical scanning system according to one of claims 4 to 6 characterized in that the image of the beam from the fixed slot undergoes, in one of the two directions, a rotation of 90 ° relative to its axis by means of a recovery system. 10

8. optico-mechanical scanning system according to one of claims 4 to 7 characterized in that it further comprises lenses that conjugate the fixed slot and its image, the distance separating these lenses being equal to twice their focal lengths. . 15

9. An optico-mechanical scanning system according to one of claims 4 to 8 characterized in that it comprises at its output an afocal system composed of two lenses and whose output lens is preferably a zoom lens.

An opticomechanical scanning system according to one of claims 1 to 9, characterized in that a scanning in both directions of the region of the explored space is performed in a single revolution of the disk.

11. optico-mechanical scanning system according to one of claims 4 to 10 characterized in that it further comprises a device for improving the uniformity of illumination-ment of the fixed slot located upstream of said slot and comprising two blades with parallel faces inclined symmetrically. 30 35