FR3059156A1 - Module de detection optique - Google Patents

Abstract

Module de détection optique (120) comprenant un ensemble de photodétection (121) avec une surface de détection (140) dont une première zone (141) reçoit une image focalisée d'une scène, au moins un diaphragme (122) positionné en amont de l'ensemble de photodétection (121) et muni d'une ouverture (122b) qui laisse passer des faisceaux lumineux utiles à la formation de l'image focalisée et qui bloque des faisceaux lumineux parasites, et un composant optique de défocalisation (123) monté sur le diaphragme (122), au niveau de l'ouverture (122b) de celui-ci, et qui forme sur une deuxième zone (142) de la surface de détection (140) une première image décalée latéralement et défocalisée d'une valeur prédéterminée par rapport à une deuxième image.

Description

DOMAINE TECHNIQUE

Le présent exposé concerne un module de détection optique et un instrument optique comprenant un tel module. Un tel instrument peut être utilisé, notamment, pour faire de l’imagerie dans le domaine spatial. Il peut s'agir, en particulier, d'un télescope spatial.

ARRIERE PLAN

Dans le domaine de l’imagerie et, plus particulièrement, dans le domaine de l’imagerie spatiale, il est connu d’utiliser des instruments optiques de type télescope pour réaliser, par exemple, des images du soleil ou de planètes. Ces instruments optiques peuvent être installés au sol sur la Terre, ou être embarqués sur un satellite. Dans ce dernier cas, ils peuvent servir à réaliser des images (dites images satellite) de la Terre.

De tels instruments optiques comprennent généralement un ensemble optique de focalisation, muni de lentilles, miroirs ou autres composants optiques, pour focaliser les faisceaux lumineux en provenance de la scène observée, un système de détection pour recevoir et transformer ces faisceaux lumineux en signaux et une unité de traitement pour réaliser une image à partir des signaux. Un tel système peut constituer, en particulier, un système d'imagerie grand champ et grande résolution, c'est-à-dire un système d'imagerie ayant une largeur d'image supérieure à 10 km et une résolution au sol inférieure à 10 m.

Le système de détection est lui-même formé d'un ou plusieurs modules de photodétection comprenant chacun un ensemble de photodétection. Un ensemble de photodétection comprend typiquement plusieurs photodétecteurs arrangés en matrice ou en ligne sur un support. Ces photodétecteurs sont également appelés détecteurs élémentaires ou pixels. Par exemple, les photodétecteurs peuvent être arrangés suivant une ou plusieurs lignes dans un même plan, formant ainsi un sous-ensemble communément appelé barrette ou matrice plan focal.

Dans le cas d'un système de détection pour imagerie grand champ et grande résolution comprenant plusieurs modules de photodétection, les modules de photodétection peuvent eux-mêmes être disposés bout-à-bout pour former une ou plusieurs grandes lignes de détection.

L’erreur de phase du front d’onde d’un instrument optique caractérise la qualité de cet instrument et, plus particulièrement, les aberrations et les défauts d’alignement de l’ensemble optique de focalisation de l'instrument. L'erreur de phase du front d’onde est également appelée WFE, pour Wave-Front Error en anglais. Connaître la WFE permet d'améliorer la qualité de l'image réalisée, soit en tenant compte de la WFE pour corriger par calcul, après détection, les signaux émis par le système de détection, soit en tenant compte de la WFE pour corriger de manière active la forme ou l'alignement d'un ou plusieurs miroirs de l'instrument optique de sorte que l'image détectée (i.e. l'image focalisée) soit la plus nette possible.

Pour déterminer la WFE, on utilise des analyseurs de front d'onde (ou analyseurs de surface d'onde) mettant en œuvre différentes techniques. L’une de ces techniques consiste à utiliser un algorithme de diversité de phase permettant d’estimer la WFE à partir de deux images dont l’une possède une aberration connue par rapport à l’autre. Cette aberration connue peut être une défocalisation.

Il existe, en particulier dans le domaine de l’imagerie spatiale, un besoin constant d'amélioration des instruments optiques. Notamment, la compacité et la légèreté des instruments, à performances équivalentes, sont des préoccupations constantes.

RESUME DE L’INVENTION

Selon un premier aspect, le présent exposé concerne un module de détection optique. Ce module comprend un ensemble de photodétection comprenant une surface de détection dont une première zone reçoit une image focalisée d’une scène. Il comprend également au moins un diaphragme positionné en amont de l'ensemble de photodétection et muni d’une ouverture qui laisse passer des faisceaux lumineux utiles à la formation de l’image focalisée et bloque des faisceaux lumineux parasites. Le module comprend, en outre, un composant optique de défocalisation monté sur le diaphragme au niveau de l’ouverture de celui-ci. Le composant optique de défocalisation forme sur une deuxième zone de la surface de détection de l'ensemble de photodétection une première image décalée latéralement et défocalisée d’une valeur prédéterminée par rapport à une deuxième image.

Dans le présent exposé, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens de propagation normal des faisceaux lumineux en provenance de la scène observée. Un premier élément disposé en amont d'un deuxième élément reçoit donc ces faisceaux lumineux avant le deuxième élément.

La fonction de tri des faisceaux lumineux utiles et parasites assurée par le ou les diaphragmes est également appelée fonction de bafflage. Chaque diaphragme peut avoir, en plus de sa fonction de bafflage, d'autres fonctions. Par exemple, le diaphragme peut avoir une fonction de filtrage spectral.

Un tel module de détection optique présente l’avantage d’intégrer le composant optique de défocalisation dans le volume relativement réduit du module. La compacité du module est ainsi préservée. Le fait que le composant optique de défocalisation soit monté sur le diaphragme permet également à ce composant d’être positionné au plus près de l'ensemble de photodétection, ce qui permet de minimiser l’impact du composant optique de défocalisation sur la largeur de prise de vue, ou fauchée, de l’image en utilisant le moins de pixels possible sur le module. En d'autres termes, ceci permet de limiter le nombre de photodétecteurs ou pixels dédiés à l'estimation de la WFE et, par conséquent, de dédier le plus de photodétecteurs possible à l'imagerie.

Par ailleurs, la configuration proposée permet de régler facilement et précisément la position du composant optique de défocalisation par rapport aux photodétecteurs obtenu en tirant profit, d'une part, de l'ouverture du diaphragme constitue un bon repère pour le positionnement du composant optique de défocalisation par rapport au diaphragme et, d'autre part, de la précision du réglage du diaphragme par rapport à l’ensemble de photodétection.

Le fait d'associer le composant optique de défocalisation au diaphragme permet de profiter de la fonction de bafflage du diaphragme pour sélectionner automatiquement la zone du composant utile à la défocalisation et limiter ainsi la lumière parasite. Le composant optique de défocalisation n’a ainsi pas besoin de fonction de bafflage qui lui soit propre. Dans certains modes de réalisation, le module de détection optique comprend un boitier enfermant l'ensemble de photodétection, le diaphragme et le composant optique de défocalisation. Bien entendu, le boîtier peut enfermer d'autres éléments. Ceci permet, par exemple, de protéger les éléments qu'il renferme des poussières ou autres pollutions environnantes. En particulier, le boîtier peut être hermétique ou simplement étanche aux particules.

Dans certains modes de réalisation, le module de détection optique comprend au moins un composant optique passif, typiquement un filtre spectral, qui laisse passer les faisceaux lumineux d’une bande spectrale donnée. Le ou les composants optiques passifs peuvent être enfermés à l'intérieur du boîtier du module de détection. Par ailleurs, le composant optique passif et le diaphragme peuvent ne former qu'un composant. En d'autres termes, le diaphragme peut assurer des fonctions de filtrage spectral.

En particulier, pour obtenir davantage d’informations au travers de l’acquisition des images, on forme des images multi-spectrales, c'est-à-dire des images obtenues dans des bandes spectrales différentes. Pour cela, on positionne un ensemble de filtres spectraux devant l'ensemble de détection, chaque filtre recouvrant un ou plusieurs détecteurs élémentaires. Typiquement, chaque filtre peut recouvrir une ligne de détecteurs élémentaires. Dans ce cas, à chaque ligne de détecteurs est associé un composant optique passif et un diaphragme. Comme indiqué plus haut, le composant optique passif et le diaphragme peuvent n'être qu'un seul et même composant.

Dans certains modes de réalisation, le composant optique de défocalisation est positionné en amont du diaphragme et, par exemple, entre le diaphragme et le composant optique passif. Dans d'autres modes de réalisation, le composant optique de défocalisation est positionné en aval du diaphragme, c'est-à-dire entre le diaphragme et la surface de détection. Dans ce dernier cas, le composant optique de défocalisation étant plus proche de la surface de détection, son impact sur la largeur de prise de vue, ou fauchée, est plus limité.

Dans certains modes de réalisation, le composant optique de défocalisation est fixé sur le diaphragme, par exemple par collage ou brasage. Le composant optique de défocalisation et le diaphragme forment ainsi un sous-ensemble dont le positionnement par rapport à l'ensemble de photodétection peut être facilement ajusté. Lorsque le composant optique de défocalisation présente une zone utile à la défocalisation entourée de zones nonutiles, les zones non-utiles peuvent être utilisées pour la fixation du composant sur le diaphragme.

Selon un autre aspect, la présente description concerne un instrument optique comprenant un module de détection optique tel que précédemment décrit et un ensemble optique de focalisation pour faire converger les faisceaux lumineux en provenance de la scène observée vers l'ensemble de photodétection du module et former ainsi une image focalisée sur cet ensemble de photodétection.

L'ensemble de photodétection émet des signaux caractéristiques de l'image focalisée détectée. Ces signaux peuvent être transmis à une unité de traitement qui réalise une image à partir de ces signaux. Cette unité de traitement peut être intégrée à l'instrument optique ou, au contraire, en être séparée.

Dans certains modes de réalisation, l'instrument optique est associé à un (i.e. au moins un) analyseur de front d'onde qui met en œuvre un algorithme de diversité de phase pour estimer une erreur de phase du front d’onde de l'instrument optique à partir des première et deuxième images formées sur la deuxième zone de la surface de détection du module par le composant optique de défocalisation et détectées par l'ensemble de photodétection. Cet analyseur de front d'onde peut être intégré à l'instrument optique ou, au contraire, en être séparé.

L'instrument optique peut être utilisé pour l'imagerie spatiale et, notamment, pour de l'imagerie dite grand champ et grande résolution. En particulier, il peut s'agir d'un téléscope spatial.

Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'exemples de réalisation du module de détection et de l'instrument optique proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas à l'échelle. Ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention.

Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques ou analogues sont repérés par les mêmes signes de référence.

La FIG 1 représente un exemple d'instrument optique associé à un analyseur de front d’onde.

La FIG 2 représente un exemple d’un module de détection optique.

La FIG 3 représente un exemple de composant optique de défocalisation monté sur un diaphragme.

La FIG 4 représente un autre exemple de composant optique de défocalisation monté sur plusieurs diaphragmes.

La FIG 5 est un schéma optique représentant des rayons lumineux défocalisés l'un par rapport à l'autre d'une valeur prédéterminée, à l'aide d'un exemple de composant optique de défocalisation.

La FIG 6 est un schéma optique représentant des rayons lumineux focalisés utilisés pour l'imagerie.

DESCRIPTION DETAILLEE

Des exemples de réalisation sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Ces exemples illustrent les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.

Un exemple d'instrument optique 100 est représenté sur la FIG 2. L'instrument 100 comprend une optique de focalisation 110 et un module de détection optique 120. Une unité de traitement 130 est également représentée sur la FIG 2. Cette unité 130 peut être intégrée, en totalité ou en partie, à l'instrument optique 100 ou, au contraire, en être séparée.

L’optique de focalisation 110 comprend un ou plusieurs composants optiques, de type lentilles ou miroirs, qui forment un ensemble optique de focalisation assurant la convergence des faisceaux lumineux en provenance de la scène observée vers le module de détection 120.

Le module de détection 120 comprend un ensemble de photodétection 121 comprenant lui-même des photodétecteurs, ou détecteurs élémentaires, disposés en matrice ou suivant une ou plusieurs lignes. Lorsque l'ensemble de photodétection 121 comprend des barrettes de photodétecteurs, l'ensemble 121 est animé d’un déplacement relatif par rapport à la scène observée. Ce mouvement relatif peut être obtenu par un dispositif optomécanique permettant d'assurer un balayage de la scène. Le mouvement relatif peut aussi être obtenu par le déplacement de l’instrument optique lui-même. Par exemple, lorsque l’instrument optique est embarqué sur un satellite pour réaliser une image satellite de la Terre, le mouvement relatif est obtenu par le déplacement du satellite par rapport à la Terre. Quelle que soit la configuration des photodétecteurs choisie, ces photodétecteurs sont disposés dans un plan de détection 121a, souvent appelé plan focal. Le plan focal est défini pour être coïncidant du plan de meilleure mise au point de l’instrument optique. Dans l'exemple de la figure 2, les photodétecteurs sont disposés suivant une ligne.

Le module de détection optique 120 comprend, en outre, un diaphragme 122 positionné en amont de l'ensemble de photodétection 121 suivant la direction X de propagation des faisceaux lumineux transmis par l’optique de focalisation 110. Le diaphragme 122 permet de trier les faisceaux lumineux se propageant au sein du module de détection 120 de sorte que seuls les faisceaux utiles à la formation de l’image focalisée atteignent la surface de détection 140. Pour cela, le diaphragme 122 est muni d’une ouverture 122b bloquant les faisceaux lumineux parasites (ou stray light en anglais; issus, par exemple, de réflexions sur les différentes surfaces internes de l'instrument optique) et laissant passer les faisceaux lumineux utiles à l'imagerie. Dans certains modes de réalisation, le diaphragme 122 peut être une plaque, par exemple une plaque métallique ou une plaque de verre, dans laquelle est formée une ouverture 122b. Un revêtement opaque, éventuellement noir, peut être déposé localement sur la plaque autour de l’ouverture 122b pour absorber les faisceaux lumineux parasites. Typiquement les faisceaux lumineux parasites sont/proviennent de réflexions internes multiples sur des surfaces de l'instrument optique ou de la diffusion à travers des surfaces dans l’instrument, y compris au niveau du module de détection.

La surface de détection 140, au sens du présent exposé, est la surface totale de détection de l'ensemble de photodétection 121 et correspond à la somme des surfaces de détection des photodétecteurs, ou pixels. Une première zone 141 de la surface 140 reçoit une image focalisée de la scène observée, comme illustré sur la FIG 6. Sur cette figure, des rayons lumineux 50 et 60 issus de la scène observée traversent l’optique de focalisation 110 qui les fait converger vers un point focal F du plan de détection 121a. Les rayons lumineux 50 et 60 après convergence sont respectivement référencés 53 et 63. Ils traversent l'ouverture 122b du diaphragme 122, décrit ci-dessous, et atteignent la première zone 141 de la surface de détection 140. Ces rayons 53, 63 participent à la formation de l’image de la scène.

Le module de détection optique 100 comprend également un composant optique de défocalisation 123 monté sur le diaphragme 122 au niveau de l’ouverture 122b. Le composant optique de défocalisation 123 assure la formation, sur le plan de détection 121a de l'ensemble de photodétection 121, d’une première image décalée latéralement et défocalisée d'une valeur de défocalisation prédéterminée par rapport à une deuxième image. Comme décrit ci-après, en référence à la FIG 5, les première et deuxième images sont chacune obtenues à partir d'au moins deux faisceaux lumineux défocalisés entre eux. Le composant optique de défocalisation 123 peut, par exemple, être un prisme, une lame optique à faces planes, parallèles ou non, un assemblage de prismes, ou tout autre composant optique permettant de former à partir de faisceaux incidents focalisés sur l’ensemble de photodétection 121 deux images défocalisées entre elles d’une valeur de défocalisation connue.

Quel que soit le composant optique de défocalisation 123 retenu, il peut être fixé, par exemple par collage ou brasage, sur une des faces principales 122c, 122d du diaphragme 122. Le composant optique de défocalisation 123 et le diaphragme 122 forment ainsi un sous-ensemble, le positionnement relatif du composant optique de défocalisation 123 et du diaphragme 122 étant fixe. Le positionnement de ce sous-ensemble par rapport à l'ensemble de photodétection 121 peut ensuite être ajusté précisément. En effet, contrairement aux bords du composant optique de défocalisation 123 qui ne sont pas nécessairement fabriqués ou mis en forme avec une grande précision, les bords du diaphragme 122 sont généralement définis précisément et peuvent donc servir de référence fiable pour le positionnement dudit sous-ensemble par rapport à l'ensemble de photodétection 121.

Dans un exemple (non représenté), le composant optique de défocalisation 123 est fixé sur la face 122d du diaphragme située en regard du plan de détection 121a, ou face aval du diaphragme. Le composant optique de défocalisation 123 est alors positionné entre le diaphragme 122 et l'ensemble de photodétection 121. Dans cet exemple, seuls des faisceaux lumineux utiles ayant traversé l’ouverture 122b du diaphragme 122 entrent dans le composant optique de défocalisation 123. Comparativement aux configurations des FIG 2 à 5 ou le composant optique de défocalisation 123 est situé en amont du diaphragme 122 (i.e. au-dessus du diaphragme 122 sur les figures), une telle configuration a pour avantage de réduire l’impact du composant optique de défocalisation 123 sur la largeur de champ de vue ou fauchée.

Dans l'exemple des FIGS 2 à 5, le composant optique de défocalisation 123 est fixé sur la face 122c du diaphragme tournée vers l’optique de focalisation 110, ou face amont du diaphragme. Le composant optique de défocalisation 123 est positionné au niveau de l’ouverture 122b du diaphragme 122 de sorte que la zone utile 123u à la défocalisation du composant 123 soit située face à l’ouverture 122b (voir FIGS 3 et 5). En d'autres termes, la zone utile 123u est située en regard de l’ouverture 122b suivant la direction X de propagation des faisceaux lumineux. Au contraire, les zones non-utiles à la défocalisation et, notamment, les zones ne présentant pas (ou risquant de ne pas présenter) les qualités requises à la défocalisation souhaitée, e.g., les zones présentant (ou susceptibles de présenter) des défauts optiques, ne sont pas situées en regard mais autour de l’ouverture 122b. De cette façon, les faisceaux lumineux traversant les zones non-utiles ne traversent pas l’ouverture 122b du diaphragme 122 et n'atteignent pas l'ensemble de photodétection 121. Le diaphragme 122 permet ainsi d'effectuer un tri entre les faisceaux lumineux que l'on sait correctement défocalisés (par la zone utile 123u) et les autres faisceaux lumineux. En outre, le diaphragme 122 bloque les faisceaux lumineux parasites issus, par exemple, de réflexions et de diffusions sur les différentes surfaces du composant optique de défocalisation 123. Ceci permet de limiter les faisceaux aux faisceaux utiles à l’imagerie.

La zone utile 123u de défocalisation du composant optique 123 est, par exemple, une zone ayant subi des contrôles de qualité garantissant que cette zone est apte à réaliser la défocalisation souhaitée. Au contraire, les zones non-utiles du composant optique 123 sont des zones qui ne sont pas considérées comme aptes à réaliser la défocalisation souhaitée, ou des zones qui, sont susceptibles par elles-mêmes de produire de la lumière parasite (bordure du traitement optique, chanfreins, ou arêtes du composant par exemple).

Dans l'exemple de la FIG 4, le composant optique de défocalisation 123 est fixé sur les faces amont 122c de trois diaphragmes 122-1, 122-2, 122-3 disposés côte à côte. En particulier, le composant optique de défocalisation 123 est positionné à cheval sur les trois diaphragmes. Dans une telle configuration à trois diaphragmes, la surface de détection 140 de l'ensemble de photodétection 121 est définie par trois lignes de photodétecteurs (non représentées) respectivement situées en aval et en face des ouvertures 122b des diaphragmes 122-1, 122-2, 122-3. Dans ce cas, le composant optique de défocalisation 123 peut présenter une ou plusieurs zones utiles 123u chacune disposée devant une ouverture 122b d'un des diaphragmes. Plusieurs zones de détection (formant ensemble la deuxième zone 142 de la surface de détection, au sens du présent exposé) sont alors prévues et associées, respectivement, aux zones utiles 123u. Le nombre de zones utiles 123u dépend du nombre de mesures de défocalisation souhaitées pour estimer l'erreur de phase du front d’onde de l'instrument. Par exemple, en multipliant les mesures de défocalisation, il devient possible de réaliser une moyenne de ces mesures.

De manière générale, le diaphragme 122 est situé à faible distance de l'ensemble de photodétection 121 de manière à être positionné très précisément par rapport à la surface de détection 140. En montant le composant optique de défocalisation 123 sur le diaphragme 122, la distance entre le composant optique de défocalisation 123 et la surface de détection est donc également faible. Cela permet de limiter la deuxième zone 142 de la surface de détection allouée à la mesure des deux faisceaux 51, 52, 61, 62 défocalisés entre eux d’une valeur connue, au profit de la première zone 141 de la surface de détection 140 dédiée à la détection de l’image focalisée servant pour l’imagerie. Ainsi, la surface de la deuxième zone 142 peut représenter environ 10% ou moins de 10% et, plus particulièrement, moins de 8% de la surface totale de détection 140 de l’ensemble de photodétection 120. Dans ce cas, la surface de la première zone 141 dédiée à l'imagerie peut mesurer environ 90% ou plus de 90% de la surface totale de détection 140.

Le module de détection optique 100 peut également comprendre un composant optique passif 125, en particulier un filtre spectral, qui laisse passer les faisceaux lumineux d’une bande spectrale donnée. Dans l’exemple de la FIG 2, le composant optique de ίο défocalisation 123 et le diaphragme 122 sont positionnés entre l'ensemble de photodétection 121 et le composant optique passif 125.

Le composant optique passif 125 peut comprendre un substrat avec des faces optiques. Le substrat peut être un matériau transparent dans une bande spectrale de détection choisie. L’une ou les faces optiques du substrat peuvent être entièrement ou partiellement structurées ou revêtues d’un ou plusieurs revêtements optiques de sorte que le composant optique passif 125 réalise une ou plusieurs fonctions optiques. Un revêtement optique peut être, par exemple, un traitement spectral adapté à la transmission de la lumière dans une sous-bande de la bande spectrale de détection ou un traitement de polarisation. Ainsi, les fonctions optiques du composant 125 peuvent être, par exemple, des fonctions de filtrage spectral, éventuellement selon plusieurs bandes spectrales différentes, et/ou des fonctions de polarisation, etc.

On notera que le composant optique passif 125 est optionnel, notamment lorsque la fonction de filtre spectral est assurée par le diaphragme 122. Dans ce cas, le diaphragme 122 est fabriqué dans un matériau filtrant ou recouvert d'un revêtement filtrant. En particulier, dans l'exemple de la FIG 4 les diaphragmes 122-1, 122-2, 122-3 peuvent laisser passer, respectivement, les faisceaux lumineux dans des bandes spectrales distinctes.

Le module de détection optique 120 peut comprendre un boîtier 124 enfermant le diaphragme 122 et le composant optique de défocalisation 123 de manière à protéger ces éléments, par exemple contre la poussière ou d'autres types de pollution. Le boîtier 124 peut également enfermer d'autres éléments comme le composant optique passif 125 et l'ensemble de photodétection 121. Le boîtier 124 peut être hermétique et permettre, notamment, le confinement du module de détection 120 dans un milieu propre. Le boîtier 124 a une fenêtre 126 permettant de laisser entrer les faisceaux lumineux dans le boîtier 124.

L'instrument optique 100 peut comprendre, en outre, une ou plusieurs unités de traitement 130 reliées chacune au module de détection optique 120. La ou les unités de traitement 130 traitent les données issues de l'ensemble de photodétection 121. Chaque unité de traitement 130 peut être reliée au module de détection optique 120 par un dispositif de connexion électrique 127 du type nappe de connexion ou par tout autre système de connexion approprié, filaire ou non.

La ou les unités de traitement 130 ont au moins les deux fonctions suivantes.

La première fonction est de réaliser des images à partir des signaux en provenance de l'ensemble de photodétection 121. Ces signaux caractérisent les faisceaux lumineux focalisés (i.e. l'image focalisée) en provenance de la scène observée qui sont détectés par la première zone 141 de la surface de détection 140.

La deuxième fonction est de mettre en œuvre un algorithme de diversité de phase pour estimer une erreur de phase du front d’onde de l'instrument optique à partir de deux images défocalisées entre elles, détectées par la deuxième zone 142 de la surface de détection.

Ces deux fonctions peuvent être assurées par le ou les mêmes unités de traitement 130 ou par des unités de traitement 130 différentes.

Concernant la deuxième fonction, la FIG 5 représente le chemin optique parcouru par deux rayons lumineux 50 et 60, dans un exemple de module de détection optique 120. Par mesure de simplification, seule l’optique de focalisation 110, le composant optique de défocalisation 123, le diaphragme 122 sur lequel il est fixé et l'ensemble de photodétection 121 sont représentés. Les dimensions de ces éléments ou les distances entre ces éléments ne sont pas respectées, la FIG 5 visant avant tout à illustrer la défocalisation réalisée. Les rayons lumineux 50 et 60 sont des rayons lumineux utiles qui traversent l’ouverture 122b du diaphragme 122. Ces rayons lumineux 50, 60 issus de la scène observée traversent l’optique de focalisation 110 qui les fait converger. Les rayons lumineux 50 et 60 après convergence sont référencés 51 et 61, respectivement.

Dans l'exemple représenté, le composant optique de défocalisation 123 est une lame optique à faces planes 123a, 123b, parallèles entre elles. Le composant optique de défocalisation 123 pourrait toutefois se présenter sous une autre forme.

En traversant le composant optique de défocalisation 123, le rayon lumineux 51 est d'abord réfléchi par la face 123b avec un premier angle de déviation, puis par la face opposée 123a avec un second angle de déviation. Après cette double réflexion au sein du composant optique de défocalisation 123, le rayon lumineux est défocalisé. Il est référencé 52. De la même façon, le rayon lumineux 61 subit une double réflexion, avec déviation, sur la face 123b puis sur la face 123a du composant optique de défocalisation 123. Après la double réflexion au sein du composant optique de défocalisation 123, le rayon lumineux est défocalisé. Il est référencé 62. Les rayons lumineux défocalisés 52 et 62 forment une première image défocalisée par rapport à la deuxième image formée par les rayons 51 et

61. Cette première image défocalisée est également décalée latéralement par rapport à la deuxième image formée par les rayons lumineux 51 et 61.

Dans le présent exposé, par décalage latéral, on désigne le décalage dans le plan de détection (dans l'exemple des figures, le plan 121a) permettant de séparer la première et la deuxième image à l'intérieur de la deuxième zone de la surface de détection (dans l'exemple des figures, la zone 142).

Les valeurs du décalage et de la défocalisation dépendent de plusieurs caractéristiques du composant optique de défocalisation 123 tel que, par exemple, l’épaisseur du composant optique de défocalisation, son indice optique, l’angle entre les faces 123a et 123b. Ces caractéristiques étant connues ou facilement calculables, les valeurs de la défocalisation et du décalage par rapport à l’image focalisée sont connues.

Un algorithme de diversité de phase est mis en œuvre par une unité de traitement 130 pour estimer l’erreur de phase du front d’onde, ou WFE, vue par l’instrument optique. Pour estimer la WFE, cet algorithme utilise des données issues des deux images défocalisées et décalées latéralement entre elles et les valeurs de défocalisation et de décalage connues. Les algorithmes de diversité de phase étant bien connus dans le domaine, ils ne seront pas décrits plus en détails.

Une fois la WFE estimée, elle peut être prise en compte, soit pour corriger par calcul les signaux émis par l'ensemble de photodétection 121, soit pour corriger de manière active la forme ou la configuration de certains éléments de l'instrument optique 100 (en particulier l'optique de focalisation 110) de sorte que l'image détectée soit la plus nette possible. Un exemple de correction active est donné ci-après, en référence à la FIG 1.

Un exemple d’instrument optique 100 associé à un analyseur de front d’onde 220 est schématisé sur la FIG 1. L'instrument optique 100 comprend une optique de focalisation 110 et un module de détection optique 120 du type précité. L'instrument optique 100, l'analyseur de front d’onde 220 et l'unité de contrôle 230 sont connectés en série dans une boucle fermée. L’analyseur de front d’onde 220 met en œuvre un algorithme de diversité de phase. L’analyseur de front d’onde 220 reçoit des signaux 10 du module de détection 120. Sur la base de ces signaux 10, l’analyseur de front d’onde 220 détermine, par la mise en œuvre de l’algorithme de diversité de phase, des informations de phase 20 qui sont transmises à l’unité de contrôle 230. L’unité de contrôle 230 analyse les informations de phase 20 et transmet à l'instrument optique 100 des commandes de correction 30. Les commandes de correction 30 peuvent être, par exemple, des commandes de déformation d’un miroir pour corriger la distorsion d’un des composants optiques de l'instrument 100.

L'analyseur de front d'onde 220 et l'unité de contrôle 230 peuvent être intégrés, en totalité ou en partie, à l'unité de traitement 130 de la FIG 2.

Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention telle que définie dans les revendications annexées.

Par ailleurs, lorsque les termes comprend, comprendre, comprenant et leur 10 dérivés sont utilisés dans le présent exposé (y compris les revendications annexées), ils doivent être interprétés comme indiquant la présence de la ou des caractéristiques, données, étapes et/ou composants visés, sans toutefois exclure la présence d'autres caractéristiques, données, étapes et/ou composants.

Enfin, les différentes caractéristiques des modes ou exemples de réalisation décrits 15 dans le présent exposé peuvent être considérées isolément ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques précédemment décrites. En particulier, sauf précision contraire ou incompatibilité technique, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou un exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Module de détection optique (120) comprenant :

   - un ensemble de photodétection (121) comprenant une surface de détection (140) dont une première zone (141) reçoit une image focalisée d’une scène;

   - au moins un diaphragme (122) positionné en amont de l'ensemble de photodétection (121) et muni d’une ouverture (122b) qui laisse passer des faisceaux lumineux utiles à la formation de l’image focalisée et qui bloque des faisceaux lumineux parasites; et un composant optique de défocalisation (123) monté sur le diaphragme (122), au niveau de l’ouverture (122b) de celui-ci, et qui forme sur une deuxième zone (142) de la surface de détection (140) une première image décalée latéralement et défocalisée d’une valeur prédéterminée par rapport à une deuxième image.
2. 2. Module de détection optique selon la revendication 1, dans lequel le composant optique de défocalisation (123) est positionné en amont du diaphragme (122).
3. 3. Module de détection optique selon la revendication 1, dans lequel le composant optique de défocalisation (123) est positionné entre le diaphragme (122) et la surface de détection (140).
4. 4. Module de détection optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un boîtier (124) enfermant l'ensemble de photodétection (121), le diaphragme (122) et le composant optique de défocalisation (123).
5. 5. Module de détection optique selon Tune quelconque des revendications 1 à 4, comprenant au moins un composant optique passif (125), en particulier un filtre spectral, qui laisse passer les faisceaux lumineux d’une bande spectrale donnée.
6. 6. Module de détection optique selon la revendication 5, dans lequel le composant optique de défocalisation (123) est positionné entre le diaphragme (122) et le composant optique passif (125).
7. 7. Module de détection optique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le composant optique de défocalisation (123) est fixé, en particulier par collage ou brasage, sur le diaphragme (122).

   5
8. 8. Module de détection optique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la surface de la deuxième zone (142) représente environ ou moins de 10%, en particulier moins de 8%, de la surface de détection (140).
9. 9. Instrument optique comprenant :
10. 10 - au moins un module de détection optique (120) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8; et

    - un ensemble optique de focalisation (110) pour faire converger les faisceaux lumineux en provenance de la scène observée vers l'ensemble de photodétection (121) du module de détection (120).

    10. Instrument optique selon la revendication 9 associé à un analyseur de front d'onde qui met en œuvre un algorithme de diversité de phase pour estimer une erreur de phase du front d’onde de l'instrument optique à partir des première et deuxième images formées par le composant optique de défocalisation (123) et détectées par l'ensemble de photodétection

    20 (121).

    1/3