WO2010031802A1 - Calibrage d'un zoom optique - Google Patents

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WO2010031802A1
WO2010031802A1 PCT/EP2009/062035 EP2009062035W WO2010031802A1 WO 2010031802 A1 WO2010031802 A1 WO 2010031802A1 EP 2009062035 W EP2009062035 W EP 2009062035W WO 2010031802 A1 WO2010031802 A1 WO 2010031802A1
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WO
WIPO (PCT)
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law
positioning
compensator
generic
focal length
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/062035
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English (en)
Inventor
Bertrand Forestier
Jean-Luc Vallet
Original Assignee
Thales
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Thales filed Critical Thales
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0221—Testing optical properties by determining the optical axis or position of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/142—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having two groups only

Definitions

  • the field of the invention is that of the calibration of an opto-mechanical imaging device with variable focal length also called optical zoom and more specifically the calibration of the positioning of the zoom lenses.
  • FIG. 1a shows a conventional arrangement of lenses constituting an IR zoom whose focal length varies between approximately 20 mm and 140 mm, as well as the path of the light rays from the head doublet L1 and L2 to the image focal plane where is placed the IR detector 10. Also shown are a cold filter 1 1 and a window 12, associated with the IR detector. In this precise application, it comprises 6 lenses L1 to L6 and a bending mirror 9 which serves to reduce the total length of the zoom and thus reduce its bulk. Only the lenses L3 and L4 are axially movable as indicated by the arrow, and their controls are independent, which allows for the variation of focal length and the focus, including for nearby objects, as well as the corrections of athermalization.
  • Figure 1b are shown the main components involved in controlling the zoom of a camera 70.
  • a processing card 20 connected to the IR detector (not shown in this figure).
  • It also comprises means for positioning the variator (lens L3) and the compensator (lens L4), such as a linear actuator 30a, 30b comprising the drive screws 31a, 31b and the lens holder barrels 32a, 32b mounted on a ball rail 33; the displacement of the screw 31a, 31b makes it possible to vary the focal length and to adjust the focus.
  • a linear actuator 30a, 30b comprising the drive screws 31a, 31b and the lens holder barrels 32a, 32b mounted on a ball rail 33; the displacement of the screw 31a, 31b makes it possible to vary the focal length and to adjust the focus.
  • Each actuator 30a, 30b is controlled by a "driver" circuit 34a, 34b which communicates with the digital processing card 20 via a link (of type I2C in the example described), and directly controls the windings of the motors.
  • the position setpoint transmitted to the drivers 34a, 34b by the processing card 20 is established from a control table derived from a control law (or positioning law) as a function of the required focal length; this control law is selected from a set of laws shown in Figure 2 according to the ambient temperature of the camera.
  • a control law or positioning law
  • Figure 2 a set of laws shown in Figure 2 according to the ambient temperature of the camera.
  • For each lens are stored 14 curves established for 14 different temperatures; in order not to overload the figure, only 3 curves are shown for each lens L3 and L4. These curves give the positioning laws of the lenses L3 and L4 with respect to the center of the bending mirror 9 taken as the origin (x-axis). It will be noted that, for a given focal length variation, the lenses L3 and L4 describe strokes of values, linearity and different speeds.
  • the camera 70 is equipped with storage means 21 for these positioning tables of the variator and the compensator as a function of the desired focal length, as well as means for storing tables of the speeds and accelerations for each of the focal lengths. These storage means are for example a readable memory by the digital processing card.
  • the camera is also equipped with means for acquiring the average temperature of the optical system, such as one or more temperature sensors 40.
  • the positioning of the zoom lenses includes several components, some determined theoretically (athermalization offset, close focusing law), others determined by a factory calibration (customization zooming tables).
  • Calibration according to the invention is based on an automated correction of the positioning laws of the lenses which, in the camera are preferably in the form of canonical positioning tables. This calibration is obtained only by customizing, that is to say by correcting the contents of these positioning tables of the vahateur and the compensator according to the optical and mechanical characteristics of the camera being calibrated.
  • the subject of the invention is a method for calibrating the focus of a focal-image imaging device F1 varying between Fmin and Fmax, which comprises a gampler and a compensator, and means for storing a film.
  • a focal-image imaging device F1 varying between Fmin and Fmax, which comprises a gampler and a compensator, and means for storing a film.
  • generic law of their positioning according to the focal length Fi It is mainly characterized in that it comprises the following steps:
  • Such calibration has the following advantages: - closed camera work, rough assembly, integration laboratory,
  • calibrated offset an offset between the generic position and the optimal position, called calibrated offset, is determined and the new positioning law is generated from these calibrated offsets.
  • the step of generating the new law optionally comprises a substep of generating a polynomial giving the value of the offsets to be applied to the generic positions of the variator and the compensator depending on the focal length.
  • the offset between the generic position and the position of the new positioning law is the same for the variator and the compensator.
  • the generic positioning law is in the form of a generic table of M discrete values.
  • it comprises a step for generating from the new positioning law, a new table of discrete values for the purpose of updating said generic table.
  • the device comprising a generic law for different internal temperatures, the offset is the same for each of these laws.
  • the invention also relates to a calibration bench, characterized in that it comprises:
  • a maintenance link of a variable-focal-image imaging device which comprises a variator and a compensator
  • the means for generating the update information comprise means for calculating offsets to be applied to the generic positioning law.
  • the invention comprises means for tabulating said updated positioning law, which make it possible to obtain a calibrated table and the update information transmitted to the device comprise this calibrated table.
  • the update information transmitted to the device comprises a new positioning law.
  • the subject of the invention is also an imaging device with a variable focal length Fi which comprises:
  • a processing card which comprises means for writing access to the control registers of the two driver circuits and means for read access to the law storage means, and to the detector, characterized in that it comprises:
  • the positioning control registers of the variator and the compensator are the same so as to obtain the behavior of a "rigid tandem" for the variator and the compensator.
  • FIG. 1 has already been described schematically represents an exemplary configuration
  • FIG. 1b already described shows schematically an example of a variable-focus device according to the state of the art
  • FIG. 2 already described, the laws
  • FIG. 3 schematically illustrates the calibration of a variable-focus device according to the invention
  • FIG. 4 schematically represents an example of a step of the method of FIG. calibration according to the invention, namely the step of displacement of the positioning of the variator and / or the compensator, to perform around their position generic ion
  • FIG. 5 diagrammatically represents an example of correction of the generic laws of position, obtained by the calibration method according to the invention and which makes it possible to obtain customized laws.
  • a calibration system according to the invention is described.
  • a camera 70 as an example of optical device with variable focal length; it could just as easily be a simple two-field camera. In this figure to not overload, only a few elements of the camera 70 are shown.
  • the zoom operating dynamics between Fmin and Fmax is divided into a number of intervals, for example 150 equal intervals, corresponding to 151 discrete values of focal length.
  • the canonical control tabulated parameters that is to say the parameters of positions, speeds and accelerations of the actuators ensuring the displacements of L3 and L4, for each of the 150 focal length intervals, are grouped in a generic positioning table, stored in memory. memory in the camera.
  • the canonical parameters denote the control parameters defined in the hypothesis of a perfect theoretical realization of optics and mechanics; they are first written identically in all camera memories before calibration.
  • Stepper motors are preferably chosen for the actuators, the latter providing a direct correspondence between the count of the number of steps and the distance traveled, subject of course to robust driving without loss of step.
  • the camera 70 is connected by a maintenance serial link 50 to an automatic calibration bench 60 equipped for example with a PC conventionally equipped with calculation means, information storage means and reception and transmission means. information via in particular said link, and a man-machine interface provided with a push-stop or other equivalent means.
  • the setting "on” position of this pusher by an operator triggers the calibration sequence sent by the "bench” to the camera.
  • the Calibration then takes place as follows, without any further intervention by the operator, the uncalibrated camera aiming at an object at infinity (collimator pattern). All the following operations are performed closed camera, gross assembly, via the digital link 50 between the camera and the automatic bench: this eliminates the risk of damage to the internal elements of the camera.
  • K focal distances (K being a predetermined number, typically between 8 and 12 in the example presented) between Fmin and Fmax, proceed with the following procedure for defining the calibration data, starting for example with Fmin, for go to Fmax, and choosing as the starting value of Fi the minimum focal length for example:
  • this is generated directly from the absolute positions of step G.
  • step G the offset also designated as "offset" is calculated between the position corresponding to this better energy and that provided by the law: the offset and the associated focal length Fi are then stored in memory. Then, from these K offsets, a polynomial is generated giving the value of the offset to be applied to each generic position of the variator and the compensator as a function of the focal length.
  • the bench has the generic positioning law: it is transmitted to it by the camera or it has it in memory. It should be noted that these offsets apply identically to each positioning law.
  • the camera 70 is now calibrated. This calibration makes it possible to automatically compensate the dispersions for producing the opto-mechanical chain without manual intervention on the mechanism.
  • the L1 and L2 lenses of the head doublet require the establishment of a shim adjustment.
  • Calibration as described above is then preceded by a preliminary step of determining the thickness of the wedge using the operator. This prior step, known to those skilled in the art and carried out by an operator, is as follows:
  • the zoom is designed so that the offset to be applied to achieve the focus is the same for the variator and the compensator: they form in a way a "rigid tandem", in that the distance L3-L4 is kept constant by the control which applies the same command simultaneously to L3 and L4.
  • the invention also relates to an optical imaging device with variable focal length 70 equipped with means for such a calibration. He understands :
  • the storage means 21 of the positioning law can be read and written; it is for example an E2PROM memory.
  • the digital processing card 20 of the camera 70 which already allows read access, also allows write access to the control registers of the two driver circuits and to the memory E2PROM, based on information received via the link maintenance 50 to the outside of the camera. It is this last point that makes possible the optomechanical calibration of the camera by customizing the control tables. It is indeed possible to directly modify the contents of these tables, since this link maintenance of the camera.
  • This maintenance link also makes it possible to trace the values of the energies of the images (calculated by the camera) and the position recopies of the two actuators.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de calibrage d'un dispositif (70) de formation d'image à focale Fi variant entre Fmin et Fmax, qui comprend un variateur (L3) et un compensateur (L4), et des moyens de stockage (21 ) d'une loi générique de leur positionnement en fonction de la focale Fi. Il comprend les étapes suivantes : - pour K focales comprises entre Fmin et Fmax, K étant un entier supérieur à 1, déterminer pour chaque focale : l'énergie de l'image pour plusieurs positions du variateur et/ou du compensateur autour de leur position générique, et la position du variateur et/ou du compensateur pour l'énergie maximale, dite position optimale, - générer une nouvelle loi de positionnement du variateur et/ou du compensateur, à partir de ces positions optimales, - mettre à jour la loi générique de positionnement à partir de cette nouvelle loi.

Description

CALIBRAGE D'UN ZOOM OPTIQUE
Le domaine de l'invention est celui du calibrage d'un dispositif opto-mécanique de formation d'image à focale variable aussi désigné zoom optique et plus spécifiquement du calibrage du positionnement des lentilles du zoom.
La figure 1 a montre un agencement classique des lentilles composant un zoom IR dont la focale varie entre environ 20 mm et 140 mm, ainsi que le trajet des rayons lumineux depuis le doublet de tête L1 et L2 jusqu'au plan focal image où est placé le détecteur IR 10. Sont également représentés un filtre froid 1 1 et une fenêtre 12, associés au détecteur IR. Dans cette application précise, il comprend 6 lentilles L1 à L6 et un miroir de coudage 9 qui sert à diminuer la longueur totale du zoom et ainsi à réduire son encombrement. Seules les lentilles L3 et L4 sont mobiles axialement comme indiqué par la flèche, et leurs commandes sont indépendantes, ce qui permet de réaliser la variation de distance focale et la mise au point, y compris pour les objets proches, ainsi que les corrections d'athermalisation.
Sur la figure 1 b sont représentés les principaux constituants intervenant dans le pilotage du zoom d'une caméra 70. On y voit notamment une carte de traitement 20 reliée au détecteur IR (non représenté sur cette figure).
Il comprend également des moyens de positionnement du variateur (lentille L3) et du compensateur (lentille L4), tels qu'un actionneur linéaire 30a, 30b comportant les vis d'entraînement 31 a, 31 b et les barillets porte-lentille 32a, 32b montés sur un rail à billes 33 ; le déplacement de la vis 31 a, 31 b permet de faire varier la distance focale et d'ajuster la mise au point.
Chaque actionneur 30a, 30b est commandé par un circuit « driver » 34a, 34b qui dialogue avec la carte de traitement numérique 20 par une liaison (de type I2C dans l'exemple décrit), et commande directement les enroulements des moteurs.
La consigne de position transmise aux drivers 34a, 34b par la carte de traitement 20 est établie à partir d'une table de pilotage issue d'une loi de pilotage (ou loi de positionnement) en fonction de la focale requise ; cette loi de pilotage est sélectionnée parmi un ensemble de lois représentées figure 2 en fonction de la température ambiante de la caméra. Pour chaque lentille, sont mémorisées 14 courbes établies pour 14 températures différentes ; pour ne pas surcharger la figure, seulement 3 courbes sont représentées pour chaque lentille L3 et L4. Ces courbes donnent les lois de positionnement des lentilles L3 et L4 par rapport au centre du miroir de coudage 9 pris comme origine (axe des abscisses). On notera que, pour une variation de distance focale donnée, les lentilles L3 et L4 décrivent des courses de valeurs, linéarités et vitesses différentes. La caméra 70 est équipée de moyens de stockage 21 de ces tables de positionnement du variateur et du compensateur en fonction de la focale souhaitée, ainsi que de moyens de stockage de tables des vitesses et accélérations pour chacune des distances focales. Ces moyens de stockage sont par exemple une mémoire accessible en lecture par la carte de traitement numérique. La caméra est également équipée de moyens d'acquisition de la température moyenne de la chaîne optique, tels qu'un ou plusieurs capteurs de température 40.
Le positionnement des lentilles du zoom comprend plusieurs composantes, les unes déterminées de manière théorique (offset d'athermalisation, loi de focalisation rapprochée), d'autres déterminées par un calibrage usine (personnalisation des tables de zooming).
On considère dans la suite la procédure de calibrage. Usuellement, la loi de pilotage des lentilles mobiles du zoom est commune à tous les exemplaires de ce zoom. Pour obtenir les plus hauts niveaux de performances, les dispersions de fabrication des lentilles et des éléments mécaniques doivent être compensées au cas par cas, le plus souvent au moyen d'un ajustement manuel du positionnement d'une ou plusieurs lentilles du zoom, autres que le variateur et le compensateur ; en effet le positionnement de ces deux lentilles déterminé par les lois de positionnement est figé. Le calibrage optomécanique traditionnel nécessite des interventions manuelles de réglage mécanique à effectuer en série sur chaque caméra, comme cela est décrit dans le brevet US 4 907 867. Il est réalisé en salle blanche caméra ouverte, de manière à ce que les lentilles L1 , L2, L5, L6 (autres que le variateur L3 et le compensateur L4) soient accessibles à un opérateur. Cela comporte des risques de détérioration des pièces optiques manipulées qui sont des éléments fragiles ; cela nécessite l'intervention d'un opérateur hautement qualifié et a pour conséquence que la qualité du calibrage dépend de l'opérateur. Un test final de la caméra calibrée est généralement effectué après fermeture de la caméra. Ces interventions ont un impact important en termes de temps de traitement et de coûts notamment en coût de main- d'œuvre. Cette façon d'opérer n'est pas du tout optimale en termes de coût série.
En conséquence, il demeure à ce jour un besoin pour un système donnant simultanément satisfaction à l'ensemble des exigences précitées sur les lentilles de la chaîne optique, à savoir précision et rapidité de positionnement, qualité de mise au point, compensation des effets thermiques, mise au point optique sur objet rapproché et réduction du coût série des caméras.
Le calibrage selon l'invention est basé sur une correction automatisée des lois de positionnement des lentilles qui, dans la caméra sont de préférence sous la forme de tables canoniques de positionnement. Ce calibrage est obtenu uniquement en personnalisant, c'est-à-dire en corrigeant le contenu de ces tables de positionnement du vahateur et du compensateur en fonction des caractéristiques optiques et mécaniques de la caméra en cours de calibrage.
Plus précisément l'invention a pour objet un procédé de calibrage usine de la focalisation d'un dispositif de formation d'image à focale Fi variant entre Fmin et Fmax, qui comprend un vahateur et un compensateur, et des moyens de stockage d'une loi générique de leur positionnement en fonction de la focale Fi. Il est principalement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- pour K focales comprises entre Fmin et Fmax, K étant un entier supérieur à 1 , déterminer pour chaque focale : l'énergie de l'image pour plusieurs positions du variateur et/ou du compensateur autour de leur position générique, et la position du variateur et/ou du compensateur pour l'énergie maximale, dite position optimale, - générer une nouvelle loi de positionnement du vahateur et/ou du compensateur, à partir de ces positions optimales,
- mettre à jour la loi générique de positionnement à partir de cette nouvelle loi. Cela permet de substituer un calibrage automatisé à un calibrage fondé sur une intervention manuelle. Il s'agit d'un calibrage usine de la focalisation, et non pas d'un calibrage de la focale du zoom; ainsi, notre opération de calibrage consiste à établir automatiquement la loi de focalisation du zoom pour un objet situé à l'infini. Une fois ce calibrage usine effectué, lorsqu'on « ordonne » au zoom de se mettre dans la configuration correspondant à une focale donnée, la focalisation est effectivement optimisée, mais par contre la focale obtenue n'a aucune raison d'égaler précisément la focale de consigne.
Un tel calibrage présente les avantages suivants : - travail caméra fermée, brute de montage, en laboratoire d'intégration,
- aucune intervention manuelle ou autre sur les éléments opto- mécaniques,
- calibrage entièrement piloté et effectué d'une seule traite par un banc automatique, opération rapide,
- opérateur sans qualification spécifique liée au calibrage,
- qualité du calibrage constante et indépendante de l'opérateur,
- caméra opérationnelle dès la fin du calibrage.
Selon une variante, pour chaque focale, un décalage entre la position générique et la position optimale dit décalage calibré est déterminé et la nouvelle loi de positionnement est générée à partir de ces décalages calibrés.
L'étape de génération de la nouvelle loi comprend éventuellement une sous-étape consistant à générer un polynôme donnant la valeur des décalages à appliquer aux positions génériques du variateur et du compensateur en fonction de la focale.
Selon une variante privilégiée, le décalage entre la position générique et la position de la nouvelle loi de positionnement est le même pour le variateur et le compensateur. De préférence, la loi générique de positionnement est sous la forme d'une table générique de M valeurs discrètes.
Selon une caractéristique de l'invention, il comprend une étape pour générer à partir de la nouvelle loi de positionnement, une nouvelle table de valeurs discrètes en vue de la mise à jour de ladite table générique.
Avantageusement, le dispositif comprenant une loi générique pour différentes températures internes, le décalage est le même pour chacune de ces lois.
L'invention a aussi pour objet un banc de calibrage, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une liaison de maintenance d'un dispositif de formation d'image à focale Fi variable, qui comprend un variateur et un compensateur,
- des moyens de stockage d'une loi générique de positionnement du variateur et/ou du compensateur en fonction de la focale Fi, - des moyens de réception d'informations de position du variateur et/ou du compensateur pour une focale Fi et d'informations d'énergie de l'image pour ces positions, ces informations provenant du dispositif,
- des moyens pour générer des informations de mise à jour de ladite loi de positionnement à partir de ces informations de position et d'énergie, - des moyens de transmission au dispositif, de commandes de positionnement du variateur et/ou du compensateur pour une focale Fi et de ces informations de mise à jour de ladite loi de positionnement.
Selon une variante, les moyens pour générer les informations de mise à jour comportent des moyens de calcul de décalages à appliquer à la loi générique de positionnement.
Selon une caractéristique de l'invention, il comprend des moyens de tabulation de ladite loi de positionnement mise à jour, qui permettent d'obtenir une table calibrée et les informations de mise à jour transmises au dispositif comportent cette table calibrée. Selon une autre variante, les informations de mise à jour transmises au dispositif comportent une nouvelle loi de positionnement.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de formation d'image à focale Fi variable, qui comprend :
- un détecteur, - un variateur et un compensateur, respectivement reliés à des circuits drivers comportant des registres de commande de leur positionnement,
- des moyens de stockage d'une loi de positionnement du variateur et du compensateur en fonction de la focale Fi, - une carte de traitement qui comporte des moyens d'accès en écriture aux registres de commande des deux circuits drivers et des moyens d'accès en lecture aux moyens de stockage de la loi, et au détecteur, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une liaison de maintenance destinée à être reliée à un banc de calibrage,
- des moyens d'accès en lecture aux registres de commande des deux circuits drivers et,
- des moyens d'accès en écriture aux moyens de stockage de la loi. Selon une caractéristique de l'invention, les registres de commande de positionnement du variateur et du compensateur sont les mêmes de manière à obtenir le comportement d'un « tandem rigide » pour le variateur et le compensateur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 a déjà décrite représente schématiquement un exemple de configuration optique d'un dispositif à focale variable selon l'état de la technique, la figure 1 b déjà décrite représente schématiquement un exemple de dispositif à focale variable selon l'état de la technique, sur la figure 2 déjà décrite, sont représentées les lois de pilotage du positionnement du variateur et du compensateur selon l'état de la technique, la figure 3 illustre schématiquement le calibrage d'un dispositif à focale variable selon l'invention, la figure 4 représente schématiquement un exemple d'une étape du procédé de calibrage selon l'invention, à savoir l'étape d'excursion du positionnement du variateur et/ou du compensateur, à effectuer autour de leur position générique, la figure 5 représente schématiquement un exemple de correction des lois génériques de position, obtenue par le procédé de calibrage selon l'invention et qui permet d'obtenir des lois personnalisées.
D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références.
On décrit en relation avec la figure 3 un système de calibrage selon l'invention. Dans la suite, on prend une caméra 70 comme exemple de dispositif optique à focale variable ; il pourrait tout aussi bien s'agir d'une simple caméra bi-champ. Sur cette figure pour ne pas la surcharger, seuls quelques éléments de la caméra 70 sont représentés.
De préférence, afin notamment de diminuer l'encombrement mémoire, la dynamique de fonctionnement du zoom comprise entre Fmin et Fmax est découpée en un certain nombre d'intervalles, par exemple 150 intervalles égaux, correspondant à 151 valeurs discrètes de distance focale. Les paramètres tabulés de pilotage canoniques, c'est à dire les paramètres de positions, vitesses et accélérations des actionneurs assurant les déplacements de L3 et L4, pour chacun des 150 intervalles de distance focale, sont regroupés dans une table générique de positionnement, stockée en mémoire dans la caméra. On désigne par paramètres canoniques, les paramètres de pilotage définis dans l'hypothèse d'une réalisation théorique parfaite de l'optique et de la mécanique ; ils sont d'abord écrits à l'identique dans toutes les mémoires des caméras avant calibrage.
On choisit de préférence pour les actionneurs des moteurs pas à pas, ces derniers fournissant une correspondance directe entre le comptage du nombre de pas et la distance parcourue, sous réserve bien entendu d'un pilotage robuste, sans perte de pas.
La caméra 70 est reliée par une liaison série de maintenance 50 à un banc de calibrage automatique 60 équipé par exemple d'un PC muni de manière classique de moyens de calcul, de moyens de stockage d'informations et de moyens de réception et de transmission d'informations via notamment ladite liaison, et d'une interface homme-machine munie d'un poussoir marche-arrêt ou autre moyen équivalent.
La mise en position « marche » de ce poussoir par un opérateur, déclenche la séquence de calibrage envoyée par le « banc » à la caméra. Le calibrage se déroule alors comme suit, sans autre intervention de l'opérateur, la caméra non calibrée visant un objet à l'infini (mire de collimateur). Toutes les opérations ci-après sont effectuées caméra fermée, brute d'assemblage, via la liaison numérique 50 entre la caméra et le banc automatique : cela élimine les risques de détérioration des éléments internes de la caméra.
Pour chacune de K distances focales (K étant un nombre prédéterminé, typiquement compris entre 8 et 12 dans l'exemple présenté) comprises entre Fmin et Fmax, dérouler la procédure suivante de définition des données de calibrage, en commençant par exemple par Fmin, pour aller jusqu'à Fmax, et en choisissant comme valeur de départ de Fi la distance focale minimale par exemple :
- A) Demande du banc de calibrage 60 à la caméra 70 par la liaison de maintenance 50, de ralliement du zoom à la position Xi, c'est-à-dire ralliement à la position par défaut (générique) des lentilles compensateur et variateur correspondant à la distance focale en cours Fj ; cette position est donnée par la table de positionnement générique sélectionnée par la caméra en fonction de la température et qui est transmise au banc de calibrage, en vue du calcul de décalage de l'étape G. - B) Dans la caméra, reculer de N pas de focalisation pour amener lesdites lentilles en position Xi-N (la figure 4 donne un exemple pour montrer le principe avec N=3). Ce nombre N détermine la valeur maximale de l'excursion de positionnement à effectuer autour de la position générique Xj ; il dépend des écarts de réalisation mécanique et optique à compenser.
- C) Enregistrement par le banc de la valeur de cette position Xi-N et calcul interne à la caméra de la valeur de l'énergie moyenne E(Xi-N) de l'image correspondante (cette énergie est maximale quand l'image est correctement focalisée), cette position et l'énergie moyenne étant transmises par la liaison série de maintenance de la caméra, via la carte de traitement reliée au détecteur.
- D) Dans la caméra, avancer de 1 pas de focalisation pour amener lesdites lentilles en position Xi-N-1-1. - E) Enregistrement par le banc de la valeur de la position Xi-N+1 et de la valeur de l'énergie moyenne E(Xi-N+1) de l'image correspondante, transmises par la liaison maintenance de la caméra. - F) Répéter les étapes D et E (l'avance de 1 pas de focalisation et les mesures), jusqu'à la position Xi+N. Les déplacements représentés par des flèches sur la figure, correspondent à des incréments successifs de 1 pas de focalisation du zoom, en négatif puis en positif par rapport à la position Xj générique. - G) A partir de ces N enregistrements, calcul par le banc de la position pour laquelle l'énergie mesurée a été maximale, soit Xi-i correspondant à E(Xi-1) sur l'exemple de la figure 4. La focalisation est à présent optimale en ce point pour la distance focale testée Fj. Enregistrement par le banc des données de calibrage pour la distance focale en cours, soit dans notre exemple, la distance focale Fj et la position Xj-1 , qui est maintenant la valeur de la position absolue calibrée (ou optimale) du doublet L3/L4 du zoom pour la distance focale F1 en cours. Après avoir effectué les opérations précédentes pour les K valeurs discrètes de distance focale depuis Fmin jusqu'à Fmax, générer au sein du banc 60, à partir de ces K positions, une nouvelle loi de positionnement du variateur et du compensateur.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention celle-ci est générée directement à partir des positions absolues de l'étape G.
Selon un autre mode de réalisation, on calcule à l'étape G le décalage aussi désigné « offset » entre la position correspondant à cette meilleure énergie et celle prévue par la loi : sont alors mis en mémoire ce décalage et la focale Fi associée. Puis à partir de ces K décalages, est généré un polynôme donnant la valeur du décalage à appliquer à chaque position générique du variateur et du compensateur en fonction de la distance focale. Bien sûr, le banc dispose de la loi de positionnement générique : elle lui est transmise par la caméra ou il l'a en mémoire. Il faut noter que ces décalages s'appliquent de manière identique à chaque loi de positionnement. Une fois obtenue la nouvelle loi de positionnement ou les décalages à appliquer à la loi générique, générer au sein du banc à l'aide de la nouvelle loi ou du polynôme, une table calibrée de M valeurs discrètes des positions Xi correspondant aux distances focales Fi. On a par exemple M = 151 .
Mettre à jour via la liaison série de maintenance de la caméra, les couples de valeurs [ Fi , Xi ] dans la mémoire EEPROM de la caméra, en les remplaçant par les couples de valeurs trouvés lors des étapes de caractérisation précédentes. Il faut noter que cette mise à jour s'applique à toutes les tables, quelle que soit la température.
La caméra 70 est désormais calibrée. Ce calibrage permet de compenser de façon automatique les dispersions de réalisation de la chaîne opto-mécanique sans intervention manuelle sur la mécanique.
Dans le cas de zooms particulièrement compacts, c'est-à-dire présentant une plus grande sensibilité au positionnement des lentilles, les lentilles L1 et L2 du doublet de tête nécessitent la mise en place d'une cale de réglage. Le calibrage tel que décrit précédemment est alors précédé d'une étape préalable qui consiste à déterminer l'épaisseur de la cale à l'aide de l'opérateur. Cette étape préalable connue de l'homme du métier et effectuée par un opérateur, se déroule comme suit :
- viser avec la caméra non calibrée un objet à l'infini (mire de collimateur),
- régler le zoom en petit champ (longue focale) : l'image a toutes les chances d'être floue dans ces conditions, - noter la valeur de la correction X à apporter à la position du variateur et du compensateur par rapport à leur position canonique « petit champ » pour obtenir une image nette (les consignes et recopies de positions sont accessibles via la liaison maintenance de la caméra),
- en déduire directement l'épaisseur E de la cale de compensation à intercaler sous le doublet L1 / L2, par la relation polynomiale : E = P(X) qui dépend de la combinaison optique, cette relation étant définie lors de l'étude théorique de la combinaison optique du zoom,
- intercaler la cale d'épaisseur E sous le doublet L1 / L2 et sceller le positionnement, ces deux interventions étant réalisées par l'opérateur caméra ouverte. La correction grossière de la chaîne optique est terminée en une seule passe de mesure ; il est maintenant possible de dérouler la procédure automatique de calibrage fin de la chaîne optomécanique telle que décrite précédemment.
Les décalages à apporter au variateur et au compensateur peuvent prendre plusieurs formes, selon la conception de la combinaison optique :
- seul le variateur (respectivement le compensateur) est déplacé, le compensateur (respectivement le variateur) étant fixe,
- le variateur et le compensateur sont déplacés indépendamment l'un de l'autre,
- selon une variante, le zoom est conçu de manière à ce que le décalage à appliquer pour effectuer la mise au point soit le même pour le variateur et le compensateur : ils forment en quelque sorte un « tandem rigide », en ce sens que la distance L3-L4 est maintenue constante par le pilotage qui applique la même commande simultanément à L3 et L4.
L'invention a aussi pour objet un dispositif optique de formation d'image à focale Fi variable 70 équipé de moyens permettant un tel calibrage. Il comprend :
- un variateur L3 et un compensateur L4, respectivement reliés à des circuits drivers 34a, 34b comportant des registres de commande,
- des moyens de stockage 21 d'une loi de positionnement du variateur et du compensateur en fonction de la focale Fi,
- une liaison de maintenance 50 destinée à être reliée à un banc de calibrage 60. Afin de mettre en œuvre ce procédé, les moyens de stockage 21 de la loi de positionnement peuvent être lus et écrits ; il s'agit par exemple d'une mémoire E2PROM. Selon l'invention, la carte de traitement numérique 20 de la caméra 70 qui permet déjà l'accès en lecture, permet également l'accès en écriture aux registres de commande des deux circuits drivers et à la mémoire E2PROM, à partir d'informations reçues via la liaison maintenance 50 vers l'extérieur de la caméra. C'est ce dernier point qui rend possible le calibrage optomécanique de la caméra par personnalisation des tables de commande. Il est en effet alors possible de modifier directement le contenu de ces tables, depuis cette liaison maintenance de la caméra. Cette liaison maintenance permet aussi de remonter les valeurs des énergies des images (calculées par la caméra) et des recopies de positions des deux actionneurs.
Le calibrage selon l'invention permet de respecter un certain nombre de contraintes :
- une précision correcte de positionnement des lentilles (±20 μm dans l'exemple présent),
- une conservation de la mise au point pour toutes les valeurs de focales, à partir d'une mire fine, - une compensation des effets thermiques telle que la dilatation qui perturbent les éléments mobiles et ce d'autant plus s'il s'agit d'éléments spécifiques IR qui dérivent particulièrement avec des variations de température entre - 40 °C et 71 0C,
- une possibilité de mise au point sur objet rapproché, c'est-à-dire situé entre 15 et 300 m,
- une rapidité de positionnement de l'ordre de 3s pour la course totale du zoom présenté.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de calibrage usine de la focalisation d'un dispositif (70) de formation d'image à focale Fi variant entre Fmin et Fmax, qui comprend un variateur (L3) et un compensateur (L4), et des moyens de stockage (21 ) d'une loi générique de leur positionnement en fonction de la focale Fi, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - pour K focales comprises entre Fmin et Fmax, K étant un entier supérieur à 1 , déterminer pour chaque focale : l'énergie de l'image pour plusieurs positions du variateur et/ou du compensateur autour de leur position générique, et la position du variateur et/ou du compensateur pour l'énergie maximale, dite position optimale,
- générer une nouvelle loi de positionnement du variateur et/ou du compensateur, à partir de ces positions optimales,
- mettre à jour la loi générique de positionnement à partir de cette nouvelle loi.
2. Procédé de calibrage usine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que pour chaque focale, un décalage entre la position générique et la position optimale dit décalage calibré est déterminé et en ce que la nouvelle loi de positionnement est générée à partir de ces décalages calibrés.
3. Procédé de calibrage usine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de génération de la nouvelle loi comprend une sous-étape consistant à générer un polynôme donnant la valeur des décalages à appliquer aux positions génériques du variateur et du compensateur en fonction de la focale.
4. Procédé de calibrage usine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le décalage entre la position générique et la position de la nouvelle loi de positionnement est le même pour le variateur et le compensateur.
5. Procédé de calibrage usine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la loi générique de positionnement est sous la forme d'une table générique de M valeurs discrètes.
6. Procédé de calibrage usine selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une étape pour générer à partir de la nouvelle loi de positionnement, une nouvelle table de valeurs discrètes en vue de la mise à jour de ladite table générique.
7. Procédé de calibrage usine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprenant une loi générique pour différentes températures internes, le décalage est le même pour chacune de ces lois.
8. Banc de calibrage usine (60), caractérisé en ce qu'il comprend :
- une liaison de maintenance (50) d'un dispositif de formation d'image à focale Fi variable (70), qui comprend un vahateur (L3) et un compensateur (L4),
- des moyens de stockage (21 ) d'une loi générique de positionnement du variateur et/ou du compensateur en fonction de la focale Fi,
- des moyens de réception d'informations de position du variateur et/ou du compensateur pour une focale Fi et d'informations d'énergie de l'image pour ces positions, ces informations provenant du dispositif,
- des moyens pour générer des informations de mise à jour de ladite loi de positionnement à partir de ces informations de position et d'énergie,
- des moyens de transmission au dispositif, de commandes de positionnement du variateur et/ou du compensateur pour une focale Fi et de ces informations de mise à jour de ladite loi de positionnement.
9. Banc de calibrage usine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens pour générer les informations de mise à jour comportent des moyens de calcul de décalages à appliquer à la loi générique de positionnement.
10. Banc de calibrage usine selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de tabulation de ladite loi de positionnement mise à jour, qui permettent d'obtenir une table calibrée et en ce que les informations de mise à jour transmises au dispositif comportent cette table calibrée.
11. Banc de calibrage usine selon la revendication 8, caractérisé en ce que les informations de mise à jour transmises au dispositif comportent une nouvelle loi de positionnement.
12. Dispositif de formation d'image à focale Fi variable (70), qui comprend :
- un détecteur (10),
- un vahateur (L3) et un compensateur (L4), respectivement reliés à des circuits drivers (34a, 34b) comportant des registres de commande de leur positionnement,
- des moyens de stockage (21 ) d'une loi de positionnement du variateur et du compensateur en fonction de la focale Fi,
- une carte de traitement (20) qui comporte des moyens d'accès en écriture aux registres de commande des deux circuits drivers (34a, 34b) et des moyens d'accès en lecture aux moyens de stockage (21 ) de la loi, et au détecteur (10), caractérisé en ce qu'il comprend :
- une liaison de maintenance (50) destinée à être reliée à un banc de calibrage usine (70), - des moyens d'accès en lecture aux registres de commande des deux circuits drivers (34a, 34b) et,
- des moyens d'accès en écriture aux moyens de stockage (21 ) de la loi.
13. Dispositif de formation d'image à focale Fi variable (70) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les registres de commande de positionnement du variateur (L3) et du compensateur (L4) sont les mêmes.
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