FR3121758A1 - Télescope bi-spectral catadioptrique - Google Patents

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Abstract

Ce télescope (2) comprend un miroir convexe (7), un miroir concave (6) perforé en son centre, une lentille séparatrice (9), et deux capteurs (12 ; 13) de rayonnement électromagnétique, le miroir concave (6) et le miroir convexe (7) étant configurés pour réfléchir une première et une seconde bande de rayonnement électromagnétique, la lentille séparatrice (9) étant configurée pour séparer lesdites deux bandes de rayonnement électromagnétique (15 ; 17) vers deux voies optiques (4 ; 5) en réfléchissant la première bande de rayonnement électromagnétique (15) et en transmettant la seconde bande de rayonnement électromagnétique (17), les deux capteurs (12 ; 13) de rayonnement électromagnétiques étant placés de part et d’autre de la lentille séparatrice (9). Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Télescope bi-spectral catadioptrique
L’invention concerne, de manière générale, les systèmes d’imagerie multispectraux.
Une application particulièrement intéressante de l’invention concerne un système d’imagerie bi-spectral de faible encombrement et utilisant des miroirs.
Techniques antérieures
Certaines applications d’imagerie requièrent des systèmes d’imagerie multispectraux afin de pouvoir bénéficier de différentes versions d’une même scène, avec différents objets ou atmosphères mis en valeur selon ces versions. En particulier, un système d’imagerie multispectral permet d’observer une scène avec plusieurs longueurs d’onde ou bandes de longueurs d’onde différentes, chaque bande de longueurs d’onde mettant en valeur certains objets plus que d’autres.
L’imagerie multispectrale permet par exemple d’acquérir une bande de longueurs d’onde correspondant au visible ainsi qu’une bande de longueurs d’onde correspondant à de l’infrarouge lointain.
Cependant, les systèmes bi-spectraux existants ne permettent pas d’observer une scène avec l’acquisition de l’image bi-spectrale faite simultanément pour les deux bandes de longueurs d’onde. Il faut généralement acquérir deux images l’une après l’autre et il n’y a pas de possibilité d’enregistrer les deux en même temps ou de pouvoir choisir à tout instant la bande de longueurs d’onde avec laquelle l’on souhaite travailler.
De plus, les systèmes existants sont souvent réalisés à base de dioptres fragiles et les lentilles placées à l’extrémité de ces systèmes peuvent être brisées par des chocs ou des projectiles, rendant entièrement aveugle le système d’imagerie.
Enfin, les systèmes existants ne sont pas suffisamment compacts pour pouvoir être embarqués ou encapsulés dans certains boitiers.
La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients des systèmes précités et de fournir un télescope acquérant deux bandes de longueurs d’onde différentes simultanément.
L’invention a donc pour objet un télescope comprenant, alignés sur un même axe optique, un miroir concave, un miroir convexe perforé en son centre, une lentille séparatrice, et deux capteurs de rayonnement électromagnétique, le miroir convexe et le miroir concave étant configurés pour réfléchir une première et une seconde bande de rayonnement électromagnétique, la lentille séparatrice étant configurée pour séparer lesdites deux bandes de rayonnement électromagnétique vers deux voies optiques en réfléchissant la première bande de rayonnement électromagnétique et en transmettant la seconde bande de rayonnement électromagnétique, les deux capteurs de rayonnement électromagnétiques étant placés de part et d’autre de la lentille séparatrice, chaque capteur de rayonnement électromagnétique étant configuré pour détecter la première ou la seconde bande de rayonnement électromagnétique correspondant au côté de la lentille séparatrice où il est placé.
Ainsi, pour une même acquisition de scène, le télescope permet à la lumière d’emprunter deux voies optiques vers deux capteurs différents afin d’acquérir simultanément deux bandes de longueurs d’onde différentes et de faire de ce télescope un télescope bi-spectral. De plus, les miroirs sont positionnés à l’extrémité du télescope, ce qui garantit une robustesse du télescope. Même si celui-ci reçoit un projectile sur l’un des miroirs, le télescope est toujours en mesure d’acquérir une image. Enfin, le télescope peut être conçu pour être embarqué dans des boîtiers de petits formats, l’espace des deux voies optiques étant réduit.
Avantageusement, le télescope comprend deux ensembles d’une ou plusieurs lentilles respectivement placés en amont de chaque capteur de rayonnement électromagnétique et configurés pour focaliser les rayonnements électromagnétiques sur chaque capteur.
Avantageusement, le télescope comprend une lentille principale commune à la première et à la seconde bande de rayonnement électromagnétique et placée devant la lentille séparatrice.
Dans un mode de réalisation, la lentille principale comprend une partie centrale qui fait partie de l’ensemble d’une ou plusieurs lentilles placé sur le trajet de la première bande de rayonnement électromagnétique destiné à être réfléchi par la lentille séparatrice ou dont la partie centrale laisse un espace vide suffisant pour y introduire l’ensemble d’une ou plusieurs lentilles placé sur le trajet de la première bande de rayonnement électromagnétique destiné à être réfléchi par la lentille séparatrice.
Dans un mode de réalisation, la lentille séparatrice est fabriquée dans un matériau, ou est recouverte d’un traitement diélectrique multicouches, configuré pour réfléchir la première bande de rayonnement électromagnétique et transmettre la seconde bande de rayonnement électromagnétique.
Avantageusement, le miroir convexe est perforé circulairement en son centre d’un trou de diamètre sensiblement égal au diamètre du miroir concave.
Avantageusement, le miroir concave a un diamètre supérieur à la taille du capteur de rayonnement électromagnétique placé sur le trajet de la première bande de rayonnement électromagnétique destiné à être réfléchi par la lentille séparatrice.
Avantageusement, le miroir concave et le miroir convexe sont des miroirs sphériques ou coniques ou asphériques.
Dans un mode de réalisation, le miroir concave et le miroir convexe sont des miroirs en métal.
Dans un mode de réalisation, la première et la seconde bande de rayonnement électromagnétique sont des bandes correspondant aux longueurs d’onde du visible, ou de l’infrarouge lointain, ou de l’infrarouge moyen, ou de l’infrarouge proche.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence au dessin annexé sur lequel :
illustre une coupe schématique d’un télescope selon l’invention.
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation
On a représenté une coupe passant par l’axe optique 1 d’un télescope 2 selon l’invention. Des rayons électromagnétiques 3 sont également représentés de façon schématique, entrant dans le télescope 2 et parcourant les différentes voies optiques 4 et 5 disponibles.
Le télescope 2 comprend sur un même axe optique 1 un miroir convexe 6, un miroir concave 7 de plus petites dimensions que le miroir convexe 6 afin d’obtenir une configuration de Cassegrain inversée, une lentille principale 8, une lentille séparatrice 9 permettant de séparer différentes longueurs d’onde ou bandes de longueurs d’onde du rayonnement électromagnétique 3, deux ensembles 10 et 11 de deux lentilles placées de chaque côté de la lentille séparatrice et deux capteurs 12 et 13 placés également de chaque côté de la lentille séparatrice 9.
Les rayons électromagnétiques 3 pénètrent dans le télescope 2 par un trou 14 pratiqué au centre du miroir convexe 6 et vont frapper le miroir concave 7. Le miroir concave 7 a un diamètre sensiblement égal au diamètre du trou 14 pratiqué dans le miroir convexe 6 afin de capter le maximum de rayons électromagnétiques 3 provenant du trou 14 du miroir convexe 6.
Après s’être réfléchi sur le miroir concave 7, les rayons électromagnétiques 3 vont frapper le miroir convexe 6 sur sa surface réfléchissante 6a orientée vers le miroir concave 7.
Selon la configuration et le mode de réalisation, les miroirs concave 7 et convexe 6 sont sphériques ou coniques ou asphériques afin de réfléchir les rayons électromagnétiques 3 dans la direction désirée.
Dans un mode de réalisation, les miroirs concave 7 et convexe 6 sont réalisés en métal.
Si un projectile atteint le miroir convexe 6 par sa surface extérieure 6b, seule une partie du miroir convexe 6 est inutilisable mais les rayons électromagnétiques 3 peuvent se réfléchir sur le reste du miroir convexe 6 et le télescope est toujours utilisable.
Dans un mode de réalisation, la surface extérieure 6b du miroir convexe 6 comprend un revêtement ou un dispositif de protection supplémentaire.
Après réflexion sur le miroir convexe 6, les rayons électromagnétiques 3 se dirigent vers la lentille séparatrice 9.
Dans un mode de réalisation, une lentille principale 8 est insérée avant la lentille séparatrice 9 afin de réfracter les rayons électromagnétiques 3 dans la direction désirée.
Les miroirs concave 7 et convexe 6 ainsi que la lentille principale 8 sont construits de sorte que chaque longueur d’onde des rayons électromagnétiques 3 dont on souhaite avoir la trace sur l’un des capteurs 12 et 13 est réfléchie par les miroirs concave 7 et convexe 6 et transmises par la lentille principale 8.
En revanche, la lentille séparatrice 9 est configurée pour réfléchir certaines longueurs d’onde et en transmettre d’autre. Ainsi, deux voies optiques 4 et 5 sont disponibles en sortie de la lame séparatrice 9.
Par exemple, la lame séparatrice 9 sépare des couples de bandes de longueurs d’onde telles que de manière non limitative :
  • la bande de lumière visible (de 400 nanomètres à 700 nanomètres environ) et l’infrarouge proche (de 700 nanomètres à 2.5 micromètres environ) ;
  • l’infrarouge proche et l’infrarouge moyen (de 3 micromètres à 5 micromètres environ) ;
  • le visible et l’infrarouge moyen ;
  • l’infrarouge proche et l’infrarouge lointain (de 8 micromètres à 14 micromètres environ) ;
  • le visible et l’infrarouge lointain ;
  • l’infrarouge moyen et l’infrarouge lointain.
La lentille séparatrice 9 est par exemple une lentille fabriquée dans un matériau spécifique ayant des propriétés de transparence pour certaines longueurs d’onde, tel que le germanium ou le sulfure de zinc.
Selon un mode de réalisation, la lentille séparatrice 9 a subi un traitement diélectrique pour pouvoir séparer spécifiquement des bandes de longueurs d’onde de rayonnements électromagnétiques, tel qu’un traitement multicouche.
Les rayons électromagnétiques 15 d’une première bande de longueurs d’onde sont ainsi réfléchis selon une première voie optique 4 vers un premier capteur 12 placé derrière le miroir concave 7.
Le premier capteur 12 est un capteur adapté pour détecter les rayonnements électromagnétiques 15 destinés à être réfléchis par la lentille séparatrice 9 et correspondant à la première bande de longueurs d’onde. Le premier capteur 12 est placé derrière le miroir concave 7, le diamètre du miroir concave 7 est supérieur à la taille du premier capteur 12. D’une manière générale, le miroir concave 7 est plus grand que les plans focaux situés en aval du parcours optique du rayonnement électromagnétique 3.
Grâce à la première voie optique 4, l’espace entre le miroir concave 7 et la lentille séparatrice 9 dans lequel est placé le premier capteur 12 est exploité efficacement. Néanmoins, l’espace autour du premier capteur 12 est restreint, le premier capteur 12 ne comporte donc pas de système de refroidissement.
Dans un mode de réalisation, un premier ensemble de plusieurs lentilles 10 est placé entre la lentille séparatrice 9 et le premier capteur 12 afin de focaliser un maximum de rayons du rayonnement électromagnétique 15 sur le premier capteur 12. Par exemple, le premier ensemble de plusieurs lentilles 10 comporte deux lentilles.
Dans un mode de réalisation, la lentille principale 8 comprend une partie centrale faisant partie du premier ensemble de plusieurs lentilles 10. La partie centrale est une portion de la lentille principale 8 par laquelle ne passe que le rayonnement électromagnétique 15.
Dans un autre mode de réalisation illustré , la lentille principale 8 est perforée en son centre de sorte que sa partie centrale 16 vide laisse de la place au premier ensemble de plusieurs lentilles 10 et pour ne pas réfracter le rayonnement électromagnétique 15 allant vers le premier capteur 12.
D’autres rayonnements électromagnétiques 17 d’une seconde bande de longueurs d’onde sont transmis par la lentille séparatrice 9 vers une deuxième voie optique 5.
La deuxième voie optique 5 comporte un deuxième capteur 13 adapté pour détecter les rayonnements électromagnétiques 17 de la seconde bande de longueurs d’onde et destinés à être transmis par la lentille séparatrice 9.
Le deuxième capteur 13 ayant moins de contrainte de taille, il s’agit par exemple d’un capteur refroidi, par exemple pour détecter de l’infrarouge moyen ou lointain de manière refroidie et donc plus efficacement.
Dans un mode de réalisation, un deuxième ensemble de plusieurs lentilles 11 est placé entre la lentille séparatrice 9 et le deuxième capteur 13 afin de focaliser un maximum de rayons du rayonnement électromagnétique 17 sur le deuxième capteur 13. Par exemple, le deuxième ensemble de plusieurs lentilles 11 comporte deux lentilles.
Chaque lentille, du premier ensemble de plusieurs lentilles 10 ou du deuxième ensemble de plusieurs lentilles 11 ou de la lentille principale 8 ou de la lentille séparatrice 9, est de forme libre mais est configurée pour qu’un maximum de rayonnement électromagnétique 3 entrant dans le télescope 2 soit focalisé sur l’un des deux capteurs 12 et 13.

Claims (10)

  1. Télescope (2) comprenant, alignés sur un même axe optique (1), un miroir concave (7), un miroir convexe (6) perforé en son centre, une lentille séparatrice (9), et deux capteurs (12 ; 13) de rayonnement électromagnétique, caractérisé en ce que le miroir convexe (6) et le miroir concave (7) sont configurés pour réfléchir une première et une seconde bande de rayonnement électromagnétique, en ce que la lentille séparatrice (9) est configurée pour séparer lesdites deux bandes de rayonnement électromagnétique (15 ; 17) vers deux voies optiques (4 ; 5) en réfléchissant la première bande de rayonnement électromagnétique (15) et en transmettant la seconde bande de rayonnement électromagnétique (17), et en ce que les deux capteurs (12 ; 13) de rayonnement électromagnétiques sont placés de part et d’autre de la lentille séparatrice (9), chaque capteur (12 ; 13) de rayonnement électromagnétique étant configuré pour détecter la première ou la seconde bande de rayonnement électromagnétique (15 ; 17) correspondant au côté de la lentille séparatrice (9) où il est placé.
  2. Télescope selon la revendication 1, comprenant deux ensembles d’une ou plusieurs lentilles (10 ; 11) respectivement placés en amont de chaque capteur (12 ; 13) de rayonnement électromagnétique et configurés pour focaliser les rayonnements électromagnétiques (15 ; 17) sur chaque capteur (12 ; 13).
  3. Télescope selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant une lentille principale (8) commune à la première et à la seconde bande de rayonnement électromagnétique et placée devant la lentille séparatrice (9).
  4. Télescope selon les revendications 2 et 3, dans lequel la lentille principale (8) comprend une partie centrale (16) qui fait partie de l’ensemble d’une ou plusieurs lentilles (10) placé sur le trajet de la première bande de rayonnement électromagnétique (15) destiné à être réfléchi par la lentille séparatrice (9) ou dont la partie centrale (16) laisse un espace vide suffisant pour y introduire l’ensemble d’une ou plusieurs lentilles (10) placé sur le trajet de la première bande de rayonnement électromagnétique (15) destiné à être réfléchi par la lentille séparatrice (9).
  5. Télescope selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la lentille séparatrice (9) est fabriquée dans un matériau, ou est recouverte d’un traitement diélectrique multicouches, configuré pour réfléchir la première bande de rayonnement électromagnétique (15) et transmettre la seconde bande de rayonnement électromagnétique (17).
  6. Télescope selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le miroir convexe (6) est perforé circulairement en son centre d’un trou (14) de diamètre sensiblement égal au diamètre du miroir concave (7).
  7. Télescope selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le miroir concave (7) a un diamètre supérieur à la taille du capteur (12) de rayonnement électromagnétique placé sur le trajet de la première bande de rayonnement électromagnétique (15) destiné à être réfléchi par la lentille séparatrice (9).
  8. Télescope selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le miroir concave (7) et le miroir convexe (6) sont des miroirs sphériques ou coniques ou asphériques.
  9. Télescope selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le miroir concave (7) et le miroir convexe (6) sont des miroirs en métal.
  10. Télescope selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la première et la seconde bande de rayonnement électromagnétique (15 ; 17) sont des bandes correspondant aux longueurs d’onde du visible, ou de l’infrarouge lointain, ou de l’infrarouge moyen, ou de l’infrarouge proche.
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