FR3076347A1 - Instrument d'observation comportant un dispositif interferometrique statique a sauts de differences de marche - Google Patents
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Abstract
Le domaine général de l'invention est celui des instruments d'observation destiné à être embarqué, ledit instrument d'observation comportant une première optique (L1), une seconde optique (L2), un interféromètre statique (IM1, IM2), un capteur matriciel photosensible (D) et des moyens d'enregistrement et d'analyse d'image. L'interféromètre selon l'invention comporte une surface plane de séparation semi-réfléchissante (120, 220), une première face réfléchissante (130) et une seconde face réfléchissante (230). La première face réfléchissante comporte au moins deux facettes réfléchissantes (131) inclinées par rapport à un plan de référence correspondant à une différence de marche constante, l'angle d'inclinaison étant de quelques milliradians, l'épaisseur optique de la première facette étant différente de l'épaisseur optique de la seconde facette par rapport audit plan de référence, la différence d'épaisseur optique étant telle que l'interférogramme partiel issu de la première et de la seconde optique comporte deux parties distinctes de la totalité de l'interférogramme du spectre optique d'un objet lumineux, lesdites parties distinctes étant caractéristiques du spectre optique de l'objet lumineux.
Description
Instrument d’observation comportant un dispositif interférométrique statique à sauts de différences de marche
Le domaine de l’invention est celui de l’analyse spectroscopique embarquée à bord de satellites.
Certains satellites comportant des systèmes optiques d’observation terrestre sont dotés de moyens permettant de faire de l’analyse spectroscopique des images observées de façon à détecter certaines caractéristiques spectrales complexes comme, par exemple, des peignes d’absorption/émission de raies spectrales associées à des gaz présents dans l’atmosphère.
Les outils classiques d’analyse spectrale à base de réseaux de diffraction ou les spectromètres à transformée de Fourier mettant en œuvre un interféromètre sont complexes, coûteux et volumineux et répondent de façon imparfaite aux spécificités des matériels embarqués sur satellite. En particulier, les interféromètres à miroir mobile sont très mal adaptés à ce type d’applications.
Une solution possible pour résoudre ces problèmes est décrite dans le brevet FR 1 602 535 intitulé « Appareil pour la spectrométrie interférentielle ». Le spectromètre décrit dans ce brevet comporte essentiellement un interféromètre de Michelson réalisé d’un seul bloc sans miroir mobile. Dans la suite de la description, on utilisera indifféremment les termes « interféromètre de Michelson » ou « Michelson » pour désigner un interféromètre à deux miroirs séparés par une lame semi-réfléchissante.
Comme on le voit sur la vue en perspective de la figure 1 référencée dans un plan (X, Y, Z), l’interféromètre décrit dans ce brevet est composé de deux blocs prismatiques P1 et P2 en forme de prisme droit reliés par leurs faces inclinées planes S dont l’une est traitée de façon à être semi-réfléchissante. Deux faces planes M1 et M2 sensiblement perpendiculaires l’une à l’autre du bloc optique sont réfléchissantes. Elles sont en pointillés sur la figure 1. L’une des deux faces est légèrement inclinée d’un angle a comme on le voit sur la figure 1. Les deux autres faces transparentes T1 et T2 du bloc optique constituent les faces d’entrée et de sortie du Michelson.
Le fonctionnement du Michelson est illustré sur les figures 2 et 3. La figure 2 représente une vue en coupe du Michelson dans un plan (Y, Z) à une abscisse x. Un faisceau lumineux issu de la face d’entrée T1 est divisé en deux par la lame semi-réfléchissante S, une partie traverse la lame semiréfléchissante S, se réfléchit sur le second miroir M2 puis par la lame semiréfléchissante et sort par la face de sortie T2, l’autre partie est réfléchie par la lame semi-réfléchissante S, se réfléchit sur le premier miroir M1 puis est transmis par la lame semi-réfléchissante. Les deux moitiés recomposées du faisceau lumineux interfèrent alors entre elles. La différence de marche δ entre les deux faisceaux est fonction de l’abscisse x et cette différence de marche vaut xo + a.x, xo étant une constante dépendant de la configuration géométrique de l’interféromètre. En fonction de cette différence de marche et de la répartition spectrale du faisceau lumineux, l’intensité transmise est plus ou moins importante. Elle est recueillie par un capteur photosensible.
Sur toute la longueur L de l’interféromètre, l’intensité lumineuse IL varie donc en fonction de l’abscisse x. Au final, on obtient l’interférogramme I de la figure 3. Cet interférogramme est lié à la répartition spectrale par une relation de transformée de Fourier.
Cet interféromètre de Michelson permet donc de faire de l’analyse spectrale dans un encombrement réduit sans déplacement de pièces mobiles. Des variantes techniques à cette solution ont été proposées. On citera notamment le brevet US 5 131 747 intitulé « Interferometry device for Fourier transform multiplex spectro-imaging apparatus and spectro-imaging apparatus containting the same » et le brevet US 5 223 910 intitulé « Interferometer devices, especially for scanning type multiplex Fourier transform spectrometry ». On citera également le brevet FR 81 10545 intitulé « Dispositif de spectroscopie et son application à l’observation de la terre depuis un satellite à défilement » qui décrit un interféromètre à polarisation pour des applications du même type.
Les interféromètres de l’art antérieur ont généralement comme inconvénients que l’interférogramme est nécessairement limité par les dimensions du Michelson et la résolution du capteur photosensible. Or, certaines répartitions spectrales comportant, par exemple, des raies spectrales de grande finesse spectrale, peuvent nécessiter l’acquisition d’interférogrammes de grandes différences de marche. En effet, plus les raies à analyser sont fines, plus leur interférogramme est étendu.
L’instrument d’observation selon l’invention ne présente pas les inconvénients précédents. En effet, l’interféromètre de mesure de cet instrument est spécifiquement adapté pour analyser les parties intéressantes de l’interférogramme. Ainsi, il devient possible d’acquérir des images de grande finesse spatiale fournissant des données de grande finesse spectrale dans un encombrement réduit. Par ailleurs, dans une variante, cet instrument peut également être utilisé en tant que simple imageur. Plus précisément, l’invention concerne un instrument d’observation destiné à être embarqué sur satellite ou sur aéronef, ledit instrument d’observation comportant au moins une première optique, une seconde optique, un interféromètre statique, un capteur matriciel photosensible et des moyens d’enregistrement et d’analyse d’image, l’image se déplaçant dans une direction dite de défilement, ledit interféromètre comportant une surface plane de séparation semi-réfléchissante, une première face réfléchissante et une seconde face réfléchissante disposée de part et d’autre de la surface plane semiréfléchissante, la première optique formant d’un objet lumineux ayant un spectre optique caractéristique, une première image dans le plan ou au voisinage immédiat de la première face réfléchissante et une seconde image dans le plan ou au voisinage immédiat de la seconde face réfléchissante, la seconde optique formant, de la première image, une troisième image dans le plan du capteur matriciel photosensible et la seconde optique formant de la seconde image une quatrième image dans le plan du capteur matriciel photosensible, la superposition des amplitudes de la troisième image et la quatrième image formant au moins un interférogramme partiel, caractérisé en ce que la première face réfléchissante comporte au moins deux facettes réfléchissantes inclinées par rapport à un plan de référence correspondant à une différence de marche constante dudit interféromètre, l’angle d’inclinaison étant de quelques milliradians, l’épaisseur optique de la première facette par rapport audit plan de référence étant différente de l’épaisseur optique de la seconde facette par rapport audit plan de référence, la différence d’épaisseur optique étant de quelques millimètres de façon que l’interférogramme partiel comporte au moins deux parties distinctes de la totalité de l’interférogramme du spectre optique de l’objet lumineux, lesdites parties distinctes étant caractéristiques du spectre optique de l’objet lumineux.
Avantageusement, les moyens d’enregistrement enregistrent une pluralité d’interférogrammes successifs issus du capteur matriciel photosensible durant un temps correspondant au moins au défilement de l’objet lumineux.
Avantageusement, la variation d’épaisseur optique de chaque facette due à son inclinaison se fait dans une direction parallèle à la direction de défilement.
Avantageusement, l’instrument d’observation comporte des moyens optiques permettant d’assurer le filtrage spectral dans au moins une bande spectrale d’une partie de la première image et/ou d’une partie de la seconde image et/ou d’une partie de la troisième image et/ou d’une partie de la quatrième image.
Avantageusement, la première facette comporte un traitement réfléchissant dans une première bande spectrale, la seconde facette comporte un traitement réfléchissant dans une seconde bande spectrale différente de la première bande spectrale.
Avantageusement, l’instrument d’observation comporte des moyens optiques permettant d’assurer un filtrage polarisant dans au moins une partie de la première image et/ou une partie de la seconde image et/ou d’une partie de la troisième image et/ou d’une partie de la quatrième image.
Avantageusement, la première facette comporte un premier traitement réfléchissant et polarisant, la seconde facette comporte un second traitement réfléchissant et polarisant, le type de polarisation ou la direction de polarisation du second traitement étant différents de ceux du premier traitement de polarisation.
Avantageusement, l’interféromètre comporte au moins une lame optique de compensation de façon que la distribution des amplitudes dans la troisième image et la quatrième image soient confondues.
Avantageusement, la première face réfléchissante ou la seconde face réfléchissante comporte une zone plane transparente ou absorbante de façon que, dans cette zone, l’interféromètre se comporte comme un simple miroir, l’image de l’objet lumineux sur le capteur matriciel photosensible correspondant à cette zone étant dépourvue d’interférogramme.
Avantageusement, l’interféromètre est un interféromètre de Michelson comportant un composant discret comprenant la surface plane de séparation semi-réfléchissante, la première face réfléchissante et la seconde face réfléchissante disposée de part et d’autre de la surface plane semiréfléchissante.
Avantageusement, l’interféromètre comporte au moins deux éléments optiques prismatiques assemblés de façon à former un bloc plein, ledit bloc plein comportant une face d’entrée transparente, une face de sortie transparente, la surface plane de séparation semi-réfléchissante étant disposée à l’intérieur du bloc, la première face réfléchissante et la seconde face réfléchissante étant disposées en regard de la face d’entrée transparente et de la face de sortie transparente.
L’invention concerne également un procédé de réalisation d’un instrument d’observation tel que décrit ci-dessus et comportant deux éléments prismatiques et une lame optique de compensation, la lame optique de compensation étant obtenue par usinage d’un des deux éléments prismatiques ou par collage d’une lame de verre sur l’un des deux éléments prismatiques ou par adhérence moléculaire sur l’un des deux éléments prismatiques.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles :
La figure 1 représente une vue en perspective d’un interféromètre de Michelson selon l’art antérieur ;
La figure 2 représente le fonctionnement d’un interféromètre de Michelson selon l’art antérieur ;
La figure 3 représente un interférogramme issu d’un interféromètre selon l’art antérieur ;
La figure 4 représente une vue en coupe simplifiée d’un premier mode de réalisation d’un instrument d’observation selon l’invention ;
La figure 5 représente une vue en perspective de l’interféromètre de l’instrument d’observation de la figure 4 ;
La figure 6 représente une vue partielle agrandie de l’interféromètre de la figure 5 ;
La figure 7 représente une vue en coupe simplifiée d’un second mode de réalisation d’un instrument d’observation selon l’invention ;
La figure 8 représente une vue en perspective de l’interféromètre de l’instrument d’observation de la figure 7 ;
La figure 9 représente une vue partielle agrandie de l’interféromètre de la figure 8 ;
La figure 10 représente une vue partielle agrandie des facettes réfléchissantes d’un interféromètre selon l’invention.
De façon générale, l’instrument d’observation selon l’invention est destiné à être embarqué sur un satellite ou sur un aéronef. L’instrument ne peut fonctionner que si l’image se déplace dans une direction dite de défilement, le défilement étant indispensable à la reconstitution du spectre de l’objet à analyser. Ce défilement de l’image peut être assuré naturellement par le déplacement du satellite ou de l’aéronef. II peut également être assuré par des dispositifs mécaniques déplaçant un des éléments optiques de l’instrument d’observation soit en rotation, soit en translation. L’instrument peut comporter, à cet effet, un système à balayage optique comportant des prismes ou des miroirs.
Cet instrument d’observation comporte une première optique, une seconde optique, un interféromètre statique, un capteur matriciel photosensible et des moyens d’enregistrement et d’analyse d’image.
L’interféromètre statique comporte une surface plane de séparation semi-réfléchissante, une première face réfléchissante et une seconde face réfléchissante disposée de part et d’autre de la surface plane semi-réfléchissante. Comme on le verra, l’interféromètre est préférentiellement du type Michelson dans la mesure où cet interféromètre est simple à réaliser mais d’autres configurations optiques d’interféromètres sont possibles.
La première optique forme d’un objet lumineux ayant un spectre optique caractéristique, une première image dans le plan ou au voisinage immédiat de la première face réfléchissante et une seconde image dans le plan ou au voisinage immédiat de la seconde face réfléchissante. A titre d’exemple, cette première optique peut être un télescope à miroirs. Cet objet lumineux est généralement une partie du terrain ou de l’atmosphère situé audessus de ce terrain survolé par l’aéronef ou le satellite.
La seconde optique forme, de la première image, une troisième image dans le plan du capteur matriciel photosensible. Cette seconde optique forme également de la seconde image une quatrième image dans le plan du capteur matriciel photosensible, la sommation des amplitudes de la troisième image et la quatrième image formant au moins un interférogramme partiel du spectre d’émission de l’objet en chacun des points de l’image résultant de la sommation des amplitudes de la troisième image et de la quatrième image.
La première face réfléchissante de l’interféromètre comporte au moins deux facettes réfléchissantes inclinées par rapport à un plan de référence correspondant à une différence de marche constante dudit interféromètre, l’angle d’inclinaison étant de quelques milliradians, l’épaisseur optique de la première facette par rapport audit plan de référence étant différente de l’épaisseur optique de la seconde facette par rapport audit plan de référence, la différence d’épaisseur optique étant de quelques millimètres de façon que l’interférogramme partiel comporte au moins deux parties distinctes de la totalité de l’interférogramme du spectre optique de l’objet lumineux, lesdites parties distinctes étant caractéristiques du spectre optique de l’objet lumineux.
L’instrument d’observation peut comporter des moyens optiques permettant d’assurer le filtrage spectral dans au moins une bande spectrale d’une partie de la première image et/ou d’une partie de la seconde image et/ou d’une partie de la troisième image et/ou d’une partie de la quatrième image. A titre de premier exemple, ces moyens peuvent être disposés au niveau des faces réfléchissantes de l’interféromètre. Par exemple, la première facette peut comporter un traitement réfléchissant dans une première bande spectrale, la seconde facette peut comporter un traitement réfléchissant dans une seconde bande spectrale différente de la première bande spectrale, chaque bande spectrale étant fonction de l’épaisseur optique de la facette correspondante. A titre de second exemple, ces traitements peuvent être disposés au voisinage du capteur matriciel dans le plan des troisième et quatrième images.
De la même façon, l’instrument d’observation peut comporter des moyens optiques permettant d’assurer un filtrage polarisant linéaire ou circulaire dans au moins une partie de la première image et/ou une partie de la seconde image et/ou d’une partie de la troisième image et/ou d’une partie de la quatrième image. A titre de premier exemple, ces moyens peuvent être disposés au niveau des faces réfléchissantes de l’interféromètre. La première facette peut comporter un premier traitement réfléchissant et polarisant, la seconde facette peut comporter un second traitement réfléchissant et polarisant, le type de polarisation ou la direction de polarisation du second traitement étant différents de ceux du premier traitement de polarisation. A titre de second exemple, ces traitements peuvent être disposés au voisinage du capteur matriciel dans le plan des troisième et quatrième images.
L’interféromètre peut comporter au moins une lame optique de compensation de façon que la troisième image et la quatrième image soient confondues.
Enfin, la première face réfléchissante ou la seconde face réfléchissante peuvent comporter une zone plane transparente ou absorbante de façon que, dans cette zone, l’interféromètre se comporte comme un simple miroir, l’image de l’objet lumineux sur le capteur matriciel photosensible correspondant à cette zone étant dépourvue d’interférogramme.
De façon générale, lorsque le déplacement du satellite correspond à la totalité du champ d’observation du dispositif interférométrique dans le sens du déplacement, le capteur a enregistré l’ensemble des interférogrammes correspondant à la totalité du champ d’observation du dispositif interférométrique. Les interférogrammes ainsi obtenus sont ensuite exploités de façon classique pour déterminer la répartition spectrale de chaque point du champ d’observation.
L’interféromètre selon l’invention est préférentiellement un interféromètre de Michelson. Il comporte alors uniquement la surface plane de séparation semi-réfléchissante, la première face réfléchissante et la seconde face réfléchissante disposée de part et d’autre de la surface plane semi-réfléchissante. Un tel interféromètre peut être réalisé à partir de composants optiques discrets, en particulier si ses dimensions sont importantes. On peut également le réaliser en un seul bloc à partir de deux éléments optiques prismatiques assemblés. Le bloc optique comporte alors une face d’entrée transparente, une face de sortie transparente, la surface plane de séparation semi-réfléchissante étant disposée à l’intérieur du bloc, la première face réfléchissante et la seconde face réfléchissante étant disposées en regard de la face d’entrée transparente et de la face de sortie transparente. Les exemples de réalisation d’un instrument d’observation décrits ci-dessous comportent un interféromètre de ce dernier type.
A titre de premier exemple de réalisation, la figure 4 représente une vue en coupe simplifiée d’un premier mode de réalisation d’un instrument d’observation selon l’invention. Cette figure et les suivantes sont référencées dans un repère orthogonal (X, Y, Z). Dans le cas de la figure 4, le plan de coupe est dans un plan (X, Z). Dans cet exemple de réalisation, le dispositif interférométrique comporte un interféromètre de Michelson en forme de bloc plein.
L’instrument comporte un système optique d’entrée télécentrique. Ce système optique comporte un objectif L1 et une pupille d’entrée P disposée au foyer de cet objectif. L’interféromètre de Michelson IM1 est disposé dans le plan focal de l’objectif L1 de façon à réaliser un interférogramme dudit plan focal.
Le dispositif interférométrique comporte une optique de sortie L2 et un capteur matriciel photosensible D. L’optique de sortie L2 est agencée de façon à former l’image de l’interférogramme sur le capteur matriciel photosensible D. Dans ce qui suit, on considère que le capteur est composé de lignes orientées selon l’axe X et de colonnes orientées selon l’axe Y.
La figure 5 représente une vue tridimensionnelle dans le repère (X, Y, Z) de l’interféromètre de Michelson IM1 de la figure 4, la figure 6 représentant une vue partielle agrandie de la zone circulaire Z de la figure 5. L’interféromètre IM1 comporte deux éléments optiques prismatiques 100 et 200 en forme de prisme droit. Le premier prisme 100 comporte une face d’entrée plane transparente 110, une première face réfléchissante 130 perpendiculaire à la face d’entrée et une première face 120 inclinée à 45 degrés par rapport aux deux autres faces.
Le second prisme 200 comporte une face de sortie 210 plane transparente, une seconde face plane réfléchissante 230 et une seconde face plane 220 inclinée à 45 degrés par rapport à la seconde face plane réfléchissante, la première face plane inclinée à 45 degrés ou la seconde face plane inclinée à 45 degrés comportant un traitement de façon qu’une fois l’ensemble optique assemblé par ces dites faces plane inclinées, la face inclinée commune soit semi-réfléchissante. II est à noter que d’autres valeurs d’inclinaison de la face inclinée sont possibles. Cette valeur dépend essentiellement des contraintes de réalisation et d’encombrement du dispositif interférométrique.
La première face réfléchissante 130 comporte plusieurs facettes planes réfléchissantes 131 inclinées par rapport à un plan de référence (X, Y) perpendiculaire à la seconde face plane réfléchissante 230, ledit plan de référence correspondant à la différence de marche nulle dudit interféromètre. L’angle d’inclinaison a est de quelques milliradians. L’épaisseur optique de chaque facette par rapport au plan de référence est différente de l’épaisseur optique des autres facettes par rapport audit plan de référence, la différence d’épaisseur optique étant de quelques millimètres.
Sur les figures 5 et 6, la variation d’épaisseur optique de chaque facette 131 due à son inclinaison se fait dans la direction Y, parallèle à l’arête séparant la première face réfléchissante 130 de la seconde face plane réfléchissante 230.
Comme il a été dit, l’instrument d’observation est destiné à être embarqué dans un satellite d’observation. Son fonctionnement est lié aux déplacements du satellite. La configuration de la figure 4 correspond à un déplacement du satellite dans une direction SD orientée selon l’axe Y, perpendiculaire au plan de la feuille. Le capteur étant référencé dans un plan (X, Y), dans le cas de la figure 4, compte-tenu du profil de la face réfléchissante du Michelson IM1, la différence de marche introduite par le Michelson varie selon les profils optiques des facettes selon l’axe Y. Par conséquent, lorsque le satellite se déplace selon l’axe Y, une même colonne du capteur enregistre successivement l’ensemble des interférogrammes correspondant à un champ d’observation donné dans une direction donnée.
A titre de second exemple de réalisation, la figure 7 représente une vue en coupe simplifiée d’un second mode de réalisation d’un instrument d’observation selon l’invention. Dans le cas de la figure 7, le plan de coupe est également dans un plan (X, Z). Dans ce second exemple de réalisation, le dispositif interférométrique comporte un interféromètre de Michelson IM2 en forme de bloc plein.
La configuration de la figure 7 correspond à un déplacement du satellite dans une direction SD orientée selon l’axe Z située dans le plan de la feuille.
La figure 8 représente une vue tridimensionnelle dans le repère (X, Y, Z) de l’interféromètre de Michelson IM2 de la figure 7, la figure 9 représentant une vue partielle agrandie de la zone circulaire Z de la figure 8. L’interféromètre IM2 comporte, comme l’interféromètre précédent IM1, deux éléments optiques prismatiques 100 et 200 en forme de prisme droit, l’ensemble formant, une fois assemblé un élément optique comportant une face d’entré 110, une face de sortie 210, une lame semi-réfléchissante 120/220, une face plane réfléchissante 230 et face à facettes planes réfléchissantes 130.
La différence entre ce Michelson IM2 et le précédent est que la variation d’épaisseur optique de chaque facette due à son inclinaison se fait dans une direction X perpendiculaire à l’arête séparant la première face réfléchissante 130 de la seconde face plane réfléchissante 230 comme on le voit sur la figure 9. Les facettes 131 du Michelson IM2 sont donc perpendiculaires aux facettes du Michelson IM1.
Dans le cas de la figure 7, compte-tenu du profil de la face réfléchissante du Michelson IM2, la différence de marche introduite par le Michelson selon l’axe Y est constante et varie selon les profils optiques des facettes selon l’axe X comme on le voit sur la figure 7. Par conséquent, lorsque le satellite se déplace selon l’axe Z, une même ligne du capteur enregistre successivement l’ensemble des interférogrammes correspondant à. un champ d’observation donné dans une direction donnée.
Dans ces deux configurations, chaque interféromètre IM1 et IM2 a donc sensiblement la forme d’un « cube» dont le côté vaut quelques centimètres. Les faces d’entrée et de sortie peuvent être traitées antireflet pour éviter les réflexions parasites à l’intérieur du cube.
De façon générale, le miroir à facettes comporte au moins deux facettes et généralement moins d’une dizaine de facettes. Chaque facette a une épaisseur optique comprise entre un et quelques millimètres, permettant ainsi de créer une différence de marche entre les différentes facettes égale au double de l’épaisseur optique qui les sépare.
L’angle d’inclinaison des facettes est tel qu’il introduit une variation de différence de marche de quelques microns à quelques dizaines de microns sur toute la largeur de la facette. Cet angle a vaut de l’ordre de quelques milliradians.
Un exemple de réalisation des facettes est représenté sur la figure 10 dans une configuration d’interféromètre qui correspond à la figure 8. Cette figure 10 montre une vue partielle agrandie de deux facettes adjacentes. La première facette est obtenue au moyen d’une première lame de verre 133 collée sur la face plane 132 du prisme 100 et d’un espace d’air ou de vide
134 disposé entre cette première lame 133 et une seconde lame 135 réfléchissante. La seconde facette est obtenue au moyen d’une seconde lame de verre 133bis collée sur la face plane 132 du prisme 100 et d’un espace d’air ou de vide 134bis disposé entre cette première lame 133bis et une seconde lame 135bis réfléchissante. Les espaces d’air sont créés à l’aide de cales appelées également « shimplates » non représentées sur la figure 8. La différence de marche optique entre les deux facettes est due aux différences d’épaisseur des lames de verre 133 et 113bis et des espaces d’air 134 et 134bis. Créer la différence de marche avec un ensemble lame de verre/espace d’air permet d’obtenir un dispositif à champ compensé. Comme on le voit sur la figure 8, il existe une zone « morte » entre les deux facettes qui peut être utilisée pour réaliser une image simple dépourvue d’interférogramme de l’objet à observer.
Pour chaque facette, les variations fines de la différence de marche sont obtenues avec une légère inclinaison des lames réfléchissantes
135 et 135bis, inclinaison non visible sur la figure 10.
Dans la plupart des applications, il est intéressant d’ajouter des lames de verre sur la seconde face réfléchissante 230 en utilisant les mêmes principes. Optiquement, ces facettes de la seconde face réfléchissante correspondent aux facettes de la première face réfléchissante.
Les lames réfléchissantes 135 et 135bis peuvent réfléchir de façon uniforme l’ensemble du spectre du rayonnement incident.
On peut cependant remplacer les miroirs large bande par des miroirs coupe-bande appelés encore filtres « notch » qui vont réfléchir une bande spectrale particulière et transmettre le reste du spectre. Dans ce cas, les deux faces réfléchissantes du cube doivent comporter un traitement coupe-bande identique dans les zones qui se correspondent optiquement, c’est-à-dire que, si une première zone de la première face réfléchissante comporte un traitement réfléchissant particulier, à l’image de cette première zone par la lame semi-réfléchissante, correspond une seconde zone de la seconde face réfléchissante, cette seconde zone devant comporter le même traitement réfléchissant.
L’utilisation de miroirs coupe-bande a plusieurs avantages. Ils ne réfléchissent que la bande spectrale utile à la mesure. Par ailleurs, ils permettent de réduire la lumière parasite dans la mesure où le flux hors de la bande spectrale intéressante peut être soit absorbé, soit dévié, soit transmis hors de l’interféromètre. Ainsi, cette lumière peut être traitée par d’autres détecteurs que ceux du dispositif interférométrique.
De la même façon, il est possible d’ajouter des filtres polarisants de différente nature au niveau de ces lames.
La réalisation de ces lames peut être effectuée par différentes techniques optiques telles que l’usinage, le collage ou l’adhérence moléculaire.
REVENDICATIONS
Claims (12)
1. Instrument d’observation destiné à être embarqué sur satellite ou sur aéronef, ledit instrument d’observation comportant au moins une première optique (L1), une seconde optique (L2), un interféromètre statique (IM1, IM2), un capteur matriciel photosensible (D) et des moyens d’enregistrement et d’analyse d’image, l’image se déplaçant dans une direction dite de défilement, ledit interféromètre comportant une surface plane de séparation semi-réfléchissante (120, 220), une première face réfléchissante (130) et une seconde face réfléchissante (230) disposée de part et d’autre de la surface plane semi-réfléchissante, la première optique formant d’un objet lumineux ayant un spectre optique caractéristique, une première image dans le plan ou au voisinage immédiat de la première face réfléchissante et une seconde image dans le plan ou au voisinage immédiat de la seconde face réfléchissante, la seconde optique formant, de la première image, une troisième image dans le plan du capteur matriciel photosensible et la seconde optique formant de la seconde image une quatrième image dans le plan du capteur matriciel photosensible, la sommation des amplitudes de la troisième image et de la quatrième image formant au moins un interférogramme partiel du spectre d’émission de l’objet lumineux, caractérisé en ce que la première face réfléchissante comporte au moins deux facettes réfléchissantes (131) inclinées par rapport à un plan de référence correspondant à une différence de marche constante dudit interféromètre, l’angle d’inclinaison étant de quelques milliradians, l’épaisseur optique de la première facette par rapport audit plan de référence étant différente de l’épaisseur optique de la seconde facette par rapport audit plan de référence, la différence d’épaisseur optique étant de quelques millimètres de façon que l’interférogramme partiel comporte au moins deux parties distinctes de la totalité de l’interférogramme du spectre optique de l’objet lumineux, lesdites parties distinctes étant caractéristiques du spectre optique de l’objet lumineux.
2. Instrument d’observation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d’enregistrement enregistrent une pluralité d’interférogrammes successifs issus du capteur matriciel photosensible durant un temps correspondant au moins au défilement de l’objet lumineux.
3. Instrument d’observation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variation d’épaisseur optique de chaque facette due à son inclinaison se fait dans une direction parallèle à la direction de défilement.
4. Instrument d’observation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’instrument d’observation comporte des moyens optiques permettant d’assurer le filtrage spectral dans au moins une bande spectrale d’une partie de la première image et/ou d’une partie de la seconde image et/ou d’une partie de la troisième image et/ou d’une partie de la quatrième image.
5. Instrument d’observation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première facette comporte un traitement réfléchissant dans une première bande spectrale, la seconde facette comporte un traitement réfléchissant dans une seconde bande spectrale différente de la première bande spectrale, chaque bande spectrale étant fonction de l’épaisseur optique de la facette correspondante.
6. Instrument d’observation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’instrument d’observation comporte des moyens optiques permettant d’assurer un filtrage polarisant dans au moins une partie de la première image et/ou une partie de la seconde image et/ou d’une partie de la troisième image et/ou d’une partie de la quatrième image.
7. Instrument d’observation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première facette comporte un premier traitement réfléchissant et polarisant, la seconde facette comporte un second traitement réfléchissant et polarisant, le type de polarisation ou la direction de polarisation du second traitement étant différents de ceux du premier traitement de polarisation.
8. Instrument d’observation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’interféromètre comporte au moins une lame optique (135, 135bis) de compensation de façon que la distribution des amplitudes de la troisième image et la quatrième image soient confondues.
9. Instrument d’observation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première face réfléchissante ou la seconde face réfléchissante comporte une zone plane transparente ou absorbante de façon que, dans cette zone, l’interféromètre se comporte comme un simple miroir, l’image de l’objet lumineux sur le capteur matriciel photosensible correspondant à cette zone étant dépourvue d’interférogramme.
10. Instrument d’observation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’interféromètre est un interféromètre de Michelson comportant un composant discret comprenant la surface plane de séparation semi-réfléchissante, la première face réfléchissante et la seconde face réfléchissante disposée de part et d’autre de la surface plane semiréfléchissante.
11. Instrument d’observation selon la revendication 10, caractérisé en ce que l’interféromètre comporte au moins deux éléments optiques prismatiques assemblés de façon à former un bloc plein, ledit bloc plein comportant une face d’entrée transparente, une face de sortie transparente, la surface plane de séparation semi-réfléchissante étant disposée à l’intérieur du bloc, la première face réfléchissante et la seconde face réfléchissante étant disposées en regard de la face d’entrée transparente et de la face de sortie transparente.
12. Procédé de réalisation d’un instrument d’observation selon les revendications 8 et 11, caractérisé en ce que la lame optique de compensation est obtenue par usinage d’un des deux éléments optiques prismatiques ou par collage d’une lame de verre sur l’un des deux éléments optiques prismatiques ou par adhérence moléculaire sur l’un des deux éléments optiques prismatiques.
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