WO2026099228A1 - Système optique d'acquisition d'images d'une scène - Google Patents
Système optique d'acquisition d'images d'une scèneInfo
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- WO2026099228A1 WO2026099228A1 PCT/EP2025/081896 EP2025081896W WO2026099228A1 WO 2026099228 A1 WO2026099228 A1 WO 2026099228A1 EP 2025081896 W EP2025081896 W EP 2025081896W WO 2026099228 A1 WO2026099228 A1 WO 2026099228A1
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Abstract
18 ABREGE Système optique d'acquisition d'images d'une scène La présente invention concerne un système optique (10) d'acquisition d'images d'une scène, comprenant : - une première voie optique (12) propre à fournir un premier flux optique issu de la scène vue depuis un premier champ de vision, - une seconde voie optique (14) propre à fournir un second flux optique issu de la scène vue depuis un second champ de vision ayant une dimension inférieure au premier champ de vision, - un séparateur polarisant (16) propre à recombiner une portion du premier flux optique selon un premier état de polarisation avec une portion du second flux optique selon un second état de polarisation pour former un flux optique recombiné, - un capteur (18) propre à capter le flux optique recombiné, et - une matrice de polariseurs (20) positionnée dans le plan du capteur (18). Figure pour l'abrégé : 1
Description
DESCRIPTION
TITRE : Système optique d’acquisition d’images d’une scène
La présente invention concerne un système optique d’acquisition d’images d’une scène.
Le domaine de l’invention est celui des systèmes de prise de vue qui offrent la possibilité d’ajuster des caractéristiques du champ couvert par un capteur.
De tels systèmes sont généralement constitués d’un capteur, d’un objectif de prise de vue reformant une image sur ce capteur, et d’un ou plusieurs dispositifs indépendants ou intégrés à l’objectif qui permettent de modifier la dimension et/ou la direction du champ couvert par le capteur.
À titre d’exemple, des systèmes de type zoom optique, ainsi que des systèmes multifocaux, ou des systèmes intégrant des dispositifs anamorphoseurs sont habituellement utilisés pour faire varier la dimension du champ sur un système de prise de vue. Nous n’évoquerons pas ici le cas des zooms numériques qui correspond à un posttraitement, réalisé « a posteriori », qui sort donc du domaine de l’invention car n’étant pas intégré au système de prise de vue.
Dans le cas des zooms optiques, la fonction zoom est rendue possible en opérant un déplacement de plusieurs sous-ensembles optiques de manière continue, typiquement deux sous-ensembles ou plus, pour modifier la focale d’un objectif tout en conservant une mise au point nette sur le capteur qui lui est associé. Dans le cas d’un système bifocal, il est en revanche possible de ne capter que deux champs différents - dits « petit champ » et « grand champ » - en intercalant sur le chemin optique de l’objectif un sous-ensemble qui permet de modifier la focale de l’objectif.
Les zooms à compensation mécanique présentent l’avantage de pouvoir ajuster de manière continue la dimension du champ cadré, contrairement aux systèmes multifocaux. Cependant, lorsque ces deux types de systèmes optiques ne sont associés qu’à un seul capteur, il n’est habituellement pas possible de capter simultanément deux champs distincts.
En particulier, pour imager simultanément deux champs de vision distincts, il est connu de l’état de la technique :
Soit d’avoir recours à deux capteurs séparés pour capturer simultanément les deux champs distincts,
Soit de réimager ces deux champs côte à côte sur un seul capteur. T outefois, ceci pose des problèmes d’encombrement, de zones « mortes » entre les images des deux champs sur ce capteur qui ne permettent pas d’exploiter toute la surface du capteur, ou de recouvrement partiel (diaphonie) d’une image sur l’autre.
Le but de l’invention est alors de proposer un système optique de prise de vue permettant d’imager simultanément deux champs de vision distincts d’une scène sur un même capteur, en s’affranchissant des problèmes d’encombrement et de recouvrement des images des deux champs sur le capteur.
A cet effet, l’invention a pour objet un système optique d’acquisition d’images d’une scène, le système optique comprenant :
- une première voie optique propre à fournir un premier flux optique issu de la scène vue depuis un premier champ de vision,
- une seconde voie optique propre à fournir un second flux optique issu de la scène vue depuis un second champ de vision, le second champ de vision ayant une dimension inférieure au premier champ de vision,
- un séparateur polarisant propre à recevoir le premier flux optique et le second flux optique et à recombiner une portion du premier flux optique selon un premier état de polarisation avec une portion du second flux optique selon un second état de polarisation pour former un flux optique recombiné, le second état de polarisation étant orthogonal au premier état de polarisation,
- un capteur propre à capter le flux optique recombiné, et
- une matrice de polariseurs positionnée dans le plan du capteur de sorte que le flux optique recombiné traverse la matrice de polariseurs avant d’être capté par le capteur, les polariseurs de la matrice de polariseurs ayant des polarisations selon le premier état de polarisation ou selon le second état de polarisation.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le système optique comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la seconde voie optique comprend une unité optique de balayage propre à modifier l’axe de visée perçu par le capteur pour la portion du flux optique recombiné issue du second flux optique ;
- le système optique comprend un unique objectif positionné entre le séparateur polarisant et la matrice de polariseurs de sorte à recevoir le flux optique recombiné ;
- la première voie optique comprend une première unité de traitement et la seconde voie optique comprend une seconde unité de traitement, le séparateur polarisant étant propre à recevoir un flux optique incident issu de la scène, et à séparer le flux optique
incident en un premier flux optique intermédiaire envoyé en entrée de la première unité de traitement, et en un second flux optique intermédiaire envoyé en entrée de la seconde unité de traitement, la première unité de traitement étant propre à traiter le premier flux optique intermédiaire pour obtenir le premier flux optique et à envoyer le premier flux optique sur le séparateur polarisant en vue de la recombinaison, la seconde unité de traitement étant propre à traiter le second flux optique intermédiaire pour obtenir le second flux optique et à envoyer le second flux optique sur le séparateur polarisant en vue de la recombinaison ;
- la première unité de traitement comprend au moins une lame à retard de phase propre à modifier la polarisation du premier flux optique de sorte que le premier flux optique soit polarisé selon le premier état de polarisation, la seconde unité de traitement comprenant au moins une lame à retard de phase propre à modifier la polarisation du second flux optique de sorte que le second flux optique soit polarisé selon le second état de polarisation ;
- la première unité de traitement comprend un sous-ensemble afocal de grossissement inférieur à un, de sorte que l’association du sous-ensemble afocal et de l’unique objectif ait une focale inférieure à la focale de l’unique objectif, permettant l’obtention d’un champ de vision agrandi, formant le premier champ de vision, pour le premier flux optique par rapport au second flux optique ;
- la première voie optique comprend un premier objectif pour le premier flux optique et la seconde voie optique comprend un second objectif pour le second flux optique ;
- chacune de la première voie optique et de la seconde voie optique comprend une lame demi-onde propre à sélectionner les directions de polarisation côté scène destinées à être capturées par le capteur pour chacune des voies ;
- le séparateur polarisant est aussi propre à recombiner une portion du premier flux optique selon le second état de polarisation avec une portion du second flux optique selon le premier état de polarisation pour former un flux optique recombiné additionnel, le système optique comprenant en outre :
- un capteur additionnel propre à capter le flux optique recombiné additionnel, et
- une matrice additionnelle de polariseurs positionnée dans le plan du capteur additionnel de sorte que le flux optique recombiné additionnel traverse la matrice additionnelle de polariseurs avant d’être capté par le capteur additionnel, les polariseurs de la matrice additionnelle de polariseurs ayant des polarisations selon le premier état de polarisation ou selon le second état de polarisation ;
- le séparateur polarisant est aussi propre à recombiner une portion du premier flux optique selon le second état de polarisation avec une portion du second flux optique selon le premier état de polarisation pour former un flux optique recombiné additionnel, le système optique comprenant en outre un oculaire pour l’observation d’une image formée à partir du flux optique recombiné additionnel.
L’invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins dans lesquels :
[Fig. 1] la figure 1 est une vue schématique d’un exemple d’un système optique d’acquisition d’images d’une scène selon un premier et un deuxième mode de réalisation,
[Fig. 2] la figure 2 est une vue schématique d’un exemple d’une matrice de polariseurs,
[Fig. 3] la figure 3 est une vue schématique d’un exemple d’un système optique d’acquisition d’images d’une scène selon le premier mode de réalisation, le système optique comprenant un unique objectif,
[Fig. 4] la figure 4 est une vue schématique d’un exemple de réalisation plus spécifique du système optique de la figure 3 selon le premier mode de réalisation, et
[Fig. 5] la figure 5 est une vue schématique d’un exemple d’un système optique d’acquisition d’images d’une scène selon le second mode de réalisation, le système optique comprenant deux objectifs, et
[Fig. 6] la figure 6 est une vue schématique d’un exemple de réalisation plus spécifique du système optique de la figure 5 selon le second mode de réalisation.
Un système optique 10 d’acquisition d’images d’une scène est illustré schématiquement sur la figure 1. La scène est par exemple un environnement dans lequel se trouve ou non des êtres vivants ou des objets mobiles ou non.
Le système optique 10 est configuré pour capturer simultanément des images de deux champs de vision de la scène sur un même capteur.
Dans la présente description, il est d'abord décrit les éléments communs aux deux modes de réalisation. Chaque mode de réalisation est ensuite décrit plus spécifiquement par la suite.
Mode de réalisation générique
Comme illustré par la figure 1 , le système optique 10 comprend une première voie optique 12, une seconde voie optique 14, un séparateur polarisant 16, un capteur 18 et une matrice de polariseurs 20.
La première voie optique 12 est propre à fournir un premier flux optique Fi issu de la scène vue depuis un premier champ de vision.
La seconde voie optique 14 est propre à fournir un second flux optique F2 issu de la scène vue depuis un second champ de vision. Le second champ de vision a une dimension inférieure au premier champ de vision.
Le séparateur polarisant 16 est propre à recevoir le premier flux optique F1 et le second flux optique F2, et à recombiner une portion du premier flux optique F1 selon un premier état de polarisation avec une portion du second flux optique F2 selon un second état de polarisation pour former un flux optique recombiné FR.
Le second état de polarisation est orthogonal au premier état de polarisation. Par exemple, l’un parmi le premier et le second état de polarisation est une polarisation rectiligne P (champ électrique polarisé parallèlement au plan d’incidence), et l’autre état de polarisation est une polarisation rectiligne S (champ électrique polarisé perpendiculairement au plan d’incidence). Le plan d’incidence considéré est ici le plan du séparateur polarisant 16.
Le séparateur polarisant 16 est, par exemple, un cube polarisant ou une lame séparatrice polarisante.
Le capteur 18 est propre à capter le flux optique recombiné FR.
Le capteur 18 fonctionne dans une bande de longueurs d’onde définie. Par exemple, le capteur 18 fonctionne dans le domaine visible. En variante, le capteur 18 fonctionne dans le domaine de l’infrarouge.
La matrice de polariseurs 20 est positionnée dans le plan du capteur 18 de sorte que le flux optique recombiné FR traverse la matrice de polariseurs 20 avant d’être capté par le capteur 18.
La matrice de polariseurs 20 est formée de polariseurs individuels dont les directions de polarisations sont selon le premier état de polarisation ou selon le second état de polarisation. Cela permet de former simultanément des images du premier et du second champ de vision sur le capteur 18.
La matrice de polariseurs 20 est, par exemple, une alternance de polariseurs à grilles ayant des directions de polarisation privilégiées selon le premier état de polarisation et selon le second état de polarisation. Chaque polariseur individuel peut recouvrir un ou plusieurs pixels du capteur 18.
La figure 2 illustre un exemple de matrice de polariseurs 20 comprenant sur une grille une alternance de deux types de polariseurs ayant des directions de polarisation de 0° et 90°. Plus généralement, les directions de polarisation privilégiées sont de préférence choisies entre 0°, 45°, 90° et 135°.
L’ensemble du capteur 18 et de la matrice de polariseurs 20 forme, ainsi, un capteur à division de plan focal.
Optionnellement, la seconde voie optique 14 comprend une unité optique de balayage 24 propre à modifier l’axe de visée perçu par le capteur 18 pour la portion du flux optique recombiné FR issue du second flux optique F2. En d’autres termes, l’image résultante issu du second flux optique F2 peut voir le centre de son champ de vision modifié sur le capteur 18.
L’unité optique de balayage 24 permet, ainsi, de balayer le plus petit champ (second champ de vision). Le balayage permet un balayage de champ horizontal et/ou vertical.
L’unité optique de balayage 24 comprend par exemple un miroir de balayage.
De préférence, le miroir de balayage est propre à être déplacé de part et d’autre d’une orientation de référence de sorte à effectuer le balayage de champ (du second champ de vision). L’orientation de référence est une orientation dans laquelle le miroir de balayage reçoit le second flux optique F2 en incidence normale. Cela permet de ne pas introduire de dérotation d’images lorsque l’on balaie le champ de vision, à l’inverse de miroirs de balayage à incidence 45° (ou voisines de 45°). Il n’est donc pas nécessaire de rajouter un sous-ensemble optique additionnel, ni d’appliquer d’algorithmes de post-traitements pour corriger la dérotation d’image si l’angle de balayage reste raisonnable.
Premier mode de réalisation
Dans ce qui suit, les spécificités du système optique 10 selon le premier mode de réalisation sont décrites en référence aux figures 1 , 3 et 4.
Dans le premier mode de réalisation, le système optique 10 comprend un unique objectif 30.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, la première voie optique 12 et la seconde voie optique 14 présentent des pupilles d’entrée coaxiales, ce qui permet de supprimer avantageusement les effets de parallaxe au centre des champs de ces deux voies.
L’unique objectif 30 présente une focale fixe.
Comme illustré par les figures 3 et 4, l’unique objectif 30 est positionné entre le séparateur polarisant 16 et la matrice de polariseurs 20 de sorte à recevoir le flux optique recombiné FR.
Comme illustré par les figures 3 et 4, la première voie optique 12 comprend une première unité de traitement 32. La première unité de traitement 32 est propre à former le premier flux optique F1 à partir d’un flux optique incident Fi. En particulier, la première unité de traitement 32 est telle que la focale de l’ensemble de la première unité de traitement 32 et de l’unique objectif 30 soit inférieure à la focale de l’unique objectif. Cela permet
d’agrandir le champ de vision sur la première voie optique 12, et d’obtenir ainsi un premier flux optique Fi ayant le premier champ de vision.
De même, la seconde voie optique 14 comprend une seconde unité de traitement 34. La seconde unité de traitement 34 est propre à former le second flux optique F2 à partir d’un flux optique incident Fi.
Outre les fonctionnalités de recombinaison du séparateur polarisant 16 décrites pour le mode de réalisation générique, le séparateur polarisant 16 présente aussi des fonctionnalités spécifiques au premier mode de réalisation.
En particulier, le séparateur polarisant 16 est propre à recevoir un flux optique incident Fi issu de la scène, et à séparer le flux optique incident Fi en un premier flux optique intermédiaire Fn envoyé en entrée de la première unité de traitement 32, et en un second flux optique intermédiaire F12 envoyé en entrée de la seconde unité de traitement 34.
La première unité de traitement 32 est propre à traiter le premier flux optique intermédiaire Fn pour obtenir le premier flux optique F1 et à envoyer le premier flux optique F1 sur le séparateur polarisant 16 en vue de la recombinaison.
En particulier, la première unité de traitement 32 comprend un sous-ensemble afocal 40 de grossissement inférieur à un, de sorte que l’association du sous-ensemble afocal 40 et de l’unique objectif 30 ait une focale inférieure à la focale de l’unique objectif 30, permettant l’obtention d’un champ de vision agrandi, formant le premier champ de vision, pour le premier flux optique F1 par rapport au second flux optique F2. Le sous- ensemble afocal 40 est aussi propre à envoyer le premier flux optique F1 formé en direction du séparateur polarisant 16.
Optionnellement, la première unité de traitement 32 comprend au moins une lame à retard de phase 42 propre à modifier la polarisation du premier flux optique F1 de sorte que le premier flux optique F1 soit polarisé selon le premier état de polarisation. Par exemple, la ou chaque lame à retard de phase 42 est une lame quart d’onde.
Typiquement, le premier flux optique intermédiaire Fn est selon le second état de polarisation. La ou les lames à retard de phase de la première unité de traitement 32 permet(tent) de modifier la polarisation du premier flux optique F1 de sorte que le premier flux optique F1 soit dans le premier état de polarisation. Dans les exemples illustrés par les figures 3 et 4, la lame à retard de phase 42 permet de transformer un état de polarisation S en P.
Un exemple de mise en œuvre du sous-ensemble afocal 40 et des lames à retard de phase 42 est illustré par la figure 4. Dans cet exemple, le sous-ensemble afocal 40 comprend des lentilles 44A, 44B et 44C (assemblages de lentilles sur la figure 4) formant un système afocal Képlérien, des lames quart d’onde 42A, 42B et 42C, une unité de
séparation 45 et un doublet de prisme achromatique 46. Dans cet exemple, l’objectif 30 est un objectif de focale fixe.
Le système afocal Képlérien assure également une fonction de transport de pupille, de sorte qu’au travers de ce sous-ensemble, la pupille d’entrée de la première voie optique 12 (voie « grand champ ») se réimage sur elle-même, pour coïncider virtuellement avec la pupille d’entrée de la seconde voie optique 14 (voie « petit champ »). Ces positions de pupilles permettent précisément d’éviter tout balayage de la pupille d’entrée dans l’espace objet ou dans l’espace image lorsque l’on balaie le champ. Par ailleurs, elles permettent de minimiser l’encombrement du séparateur polarisant 16 et/ou de réduire le vignettage qu’il pourrait causer.
Les faces arrières des lentilles 44A, 44B et 44C sont recouvertes d’un traitement miroir, typiquement un traitement métallique. Leur association respective avec les lames quart d’onde 42A, 42B et 42C (situées en entrée et en sortie des lentilles 44A, 44B et 44C) permet d’appliquer une rotation de 90° sur l’état de polarisation rectiligne incident lorsque leur axe lent est orienté à 45° de cette polarisation incidente. Les lames quart d’onde 42A, 42B et 42C sont, ainsi, utilisées en double traversée.
L’unité de séparation 45 est une séparatrice polarisante. L’unité de séparation 45 est, par exemple, un cube polarisant ou une lame séparatrice polarisante.
Typiquement, la traversée de l’unité de séparation 45 en faisceau convergent cause des aberrations d’excentrement - notamment de la coma d’excentrement. Le doublet de prisme achromatique 46, associé avec les lentilles 44A, permet de compenser ces aberrations d’excentrement, sans dévier l’axe optique du système.
La seconde unité de traitement 34 est propre à traiter le second flux optique intermédiaire F12 pour obtenir le second flux optique F2 et à envoyer le second flux optique F2 sur le séparateur polarisant 16 en vue de la recombinaison.
A cet effet, la seconde unité de traitement 34 comprend par exemple une unité de renvoi propre à réfléchir le second flux optique F2 formé en direction du séparateur polarisant 16. Par exemple, l’unité de renvoi est un miroir.
Dans un exemple spécifique, visible sur les figures 3 et 4, l’unité de renvoi est l’unité optique de balayage 24 mentionnée dans le mode de réalisation générique.
Optionnellement également, la seconde unité de traitement 34 comprend au moins une lame à retard de phase 48 propre à modifier la polarisation du second flux optique intermédiaire Fi2 de sorte que la polarisation du second flux optique F2 soit selon le second état de polarisation. La lame à retard de phase 48 est, ainsi, utilisée en double traversée. Par exemple, la ou chaque lame à retard de phase 48 est une lame quart d’onde.
Typiquement, le second flux optique intermédiaire F12 est selon le premier état de polarisation. La ou les lames à retard de phase de la seconde unité de traitement 34 permet(tent) de modifier la polarisation du second flux optique F2 de sorte que le second flux optique F2 soit dans le second état de polarisation. Dans les exemples illustrés par les figures 3 et 4, la lame à retard de phase 48, utilisée en double traversée, permet de transformer un état de polarisation P en S.
En fonctionnement, le système optique 10 selon le premier mode de réalisation comprend la séparation, par le séparateur polarisant 16, d’un flux optique incident Fi en un premier flux optique intermédiaire Fn et un second flux optique intermédiaire F12.
Le premier flux optique intermédiaire Fn est ensuite traité par la première unité de traitement 32 de sorte à former le premier flux optique F1. En particulier, un grossissement est appliqué au premier flux optique intermédiaire Fn de sorte à obtenir le premier flux optique F1. De préférence, au moins une lame à retard de phase 42, utilisée en double traversée, permet de mettre le premier flux optique F1 dans le premier état de polarisation.
Le second flux optique intermédiaire F12 est quant à lui traité par la seconde unité de traitement 34 de sorte à former le second flux optique F2. De préférence, au moins une lame à retard de phase 48 permet de mettre le second flux optique F2 dans le second état de polarisation.
Le premier flux optique F1 et le second flux optique F2 sont ensuite recombinés sur le séparateur polarisant 16. Le flux optique recombiné FR est formé d’une portion du premier flux optique F1 dans le premier état de polarisation et d’une portion du second flux optique F2 dans le second état de polarisation.
Le flux optique recombiné FR est ensuite capté par le capteur 18, après passage par la matrice de polariseurs 20. L’utilisation de la matrice de polariseurs 20 permet, ainsi, de capter sur le même capteur des images distinctes en provenance du premier flux optique F1 et du second flux optique F2.
Second mode de réalisation
Dans ce qui suit, les spécificités du système optique 10 selon le second mode de réalisation sont décrites en référence aux figures 1 , 5 et 6.
Dans le second mode de réalisation, comme illustré par les figures 5 et 6, la première voie optique 12 comprend un premier objectif 50 dont est issu le premier flux optique F1 et la seconde voie optique 14 comprend un second objectif 52 dont est issu le second flux optique F2.
Ainsi, dans ce second mode de réalisation, la première voie optique 12 et la seconde voie optique 14 présentent des pupilles d’entrée disjointes- (voir sur la figure 6, la pupille
d’entrée 53 du premier objectif 50 qui n’est pas coaxiale à la pupille d’entrée 54 du second objectif 52). Il peut donc exister un léger défaut de parallaxe entre ces deux voies, qui est fonction de l’écartement entre leurs pupilles d’entrée respectives et la distance d’observation. Suivant l’application visée par l’invention, cet effet de parallaxe peut être négligé, notamment si l’on ne cherche pas à fusionner les images Grand Champ (GC) et Petit Champ (PC) lors du post-traitement, ou si la distance d’observation est très supérieure à l’entraxe entre ces deux pupilles d’entrée.
Le premier objectif 50 et le second objectif 52 ont des focales différentes, permettant de capter des champs de vision de dimensions distinctes. En particulier, la focale du premier objectif 50 est telle que le premier flux optique Fi soit selon le premier champ de vision, et la focale du second objectif 52 est telle que le second flux optique F2 soit selon le second champ de vision.
En particulier, dans l’exemple de la figure 6, le premier objectif 50 est formé d’un assemblage de plusieurs lentilles, et le second objectif 52 est formé d’un doublet de lentilles.
La première voie optique 12 est propre à recevoir un premier flux incident Fn et à former en fonction le premier flux F1 via le premier objectif 50. La première voie optique 12 est également propre à envoyer le premier flux optique F1 formé, sur le séparateur polarisant 16.
La première voie optique 12 comprend par exemple des optiques, telles que des lentilles et/ou des miroirs, permettant l’acheminement du premier flux optique F1 vers le séparateur polarisant 16. Dans l’exemple illustré par la figure 6, la première voie optique 12 comprend un miroir 55.
La seconde voie optique 14 est propre à recevoir un second flux incident F12 et à former en fonction le second flux via le second objectif 52. La seconde voie optique 14 est également propre à envoyer le second flux optique F2 formé, sur le séparateur polarisant 16.
La seconde voie optique 14 comprend par exemple des optiques, telles que des lentilles et/ou des miroirs, permettant l’acheminement du second flux optique F2 vers le séparateur polarisant 16. Dans l’exemple illustré par la figure 6, la seconde voie optique 14 comprend deux miroirs 56, 57 et des lentilles 58, 59.
Dans l’exemple illustré par la figure 6, la seconde voie optique 14 comprend une unité optique de balayage 24. Dans cet exemple, l’unité optique de balayage 24 est formée par un miroir de balayage 80, une lame quart d’onde 81 et une séparatrice polarisante 82. L’association de la lame quart d’onde 81 et du miroir de balayage 80 permet de faire tourner la polarisation rectiligne de 90° lors de la double traversée. Les faisceaux avant et après balayage de champ sont ensuite séparés par la séparatrice polarisante 82.
Optionnellement, comme illustré par les figures 5 et 6, chacune de la première voie optique 12 et de la seconde voie optique 14 comprend une lame demi-onde 70, 72 propre à sélectionner les directions de polarisation côté scène destinées à être capturées par le capteur 18 pour chacune des voies. Ceci peut s’avérer avantageux dans le cas où l’on souhaiterait atténuer l’éblouissement qui pourrait être causé par les réflexions vitreuses côté scène (réflexions sur un plan d’eau, sur des vitres, etc.).
En particulier, les orientations des lames demi-ondes 70, 72 sont par exemple choisies de sorte que le premier flux optique Fi soit dans le premier état de polarisation, et que le second flux optique F2 soit selon le second état de polarisation.
Optionnellement, comme illustré par les figures 5 et 6, le séparateur polarisant 16 est aussi propre à recombiner une portion du premier flux optique F1 selon le second état de polarisation avec une portion du second flux optique F2 selon le premier état de polarisation pour former un flux optique recombiné additionnel FRadd. Dans ce cas, le système optique 10 comprend en outre :
- un capteur additionnel 60 propre à capter le flux optique recombiné additionnel
FRadd, et
- une matrice additionnelle de polariseurs 62 positionnée dans le plan du capteur additionnel 60 de sorte que le flux optique recombiné additionnel FRadd traverse la matrice additionnelle de polariseurs 62 avant d’être capté par le capteur additionnel 60. Les polariseurs de la matrice additionnelle de polariseurs 62 ont des polarisations selon le premier état de polarisation ou selon le second état de polarisation.
En variante, le séparateur polarisant 16 est aussi propre à recombiner une portion du premier flux optique F1 selon le second état de polarisation avec une portion du second flux optique F2 selon le premier état de polarisation pour former un flux optique recombiné additionnel FRadd. Le système optique 10 comprend, dans cette variante, un oculaire pour l’observation d’une image formée à partir du flux optique recombiné additionnel FRadd.
Optionnellement, comme illustré sur l’exemple de la figure 6, chacune de la première voie optique 12 et de la seconde voie optique 14 comprend aussi des polariseurs 63, 64, dits de nettoyage, propre à atténuer fortement tout état de polarisation orthogonal au premier état de polarisation pour le premier flux optique F1, et tout état de polarisation orthogonal au second état de polarisation pour le second flux optique F2. Cela permet de réduire les risques de diaphonie entre les deux images (issues de la première voie optique 12 et de la seconde voie optique 14) capturées par le capteur 18.
En fonctionnement, le système optique 10 selon le second mode de réalisation comprend l’obtention et l’acheminement vers le séparateur polarisant 16, d’un premier flux
optique Fi par la première voie optique 12 et d’un second flux optique F2 par la seconde voie optique 14.
Le premier flux optique F1 et le second flux optique F2 sont alors recombinés sur le séparateur polarisant 16. Le flux optique recombiné FR est formé d’une portion du premier flux optique F1 dans le premier état de polarisation et d’une portion du second flux optique F2 selon le second état de polarisation.
Le flux optique recombiné FR est ensuite capté par le capteur 18, après passage par la matrice de polariseurs 20.
Eventuellement, le séparateur polarisant 16 recombine aussi une portion du premier flux optique F1 selon le second état de polarisation avec une portion du second flux optique F2 selon le premier état de polarisation pour former un flux optique recombiné additionnel FRadd. Le flux optique recombiné additionnel FRadd est ensuite capté par le capteur additionnel 60, après passage par la matrice additionnelle de polariseurs 62.
Avantages
Le système de prise de vue décrit dans les différents modes de réalisation offre, ainsi, la possibilité de capter simultanément deux champs de vision sur un seul capteur 18 de dimension, de résolution et de position fixes. Ces deux champs appelés « Petit Champ (PC) » et « Grand Champ (GC) » peuvent être de dimensions différentes et avoir des directions d’observation différentes côté scène.
En particulier, la matrice de polariseurs 20 permet de visualiser simultanément, sur un seul capteur, deux images distinctes dont les états de polarisation sont différents (orthogonaux par exemple). Ces images sont issues de deux faisceaux optiques traversant des chemins optiques différents (par exemple, direction d’observation, dimension du champ, focale, ouverture, résolution, bande spectrale, profondeur de champ, etc.) avant d’être recombinés sur ce capteur.
Le fait de n’utiliser qu’un seul capteur présente certains avantages :
- de coût tout d’abord, notamment lorsqu’il s’agit de caméras SWIR (Short Wavelength InfraRed, traduit par infrarouge proche), MWIR (Medium Wavelength Infrared, traduit par infrarouge moyen) ou LWIR (Long Wavelength Infrared, traduit par infrarouge lointain).
- d’encombrement et de masse.
- de suppression de tout effet de latence puisque les images des deux champs sont acquises et traitées en même temps par un seul capteur.
- de suppression des effets de parallaxe entre les deux champs si les pupilles d’entrées des deux voies sont confondues (premier mode de réalisation).
Par ailleurs, l’invention offre également la possibilité de choisir la direction d’observation du petit champ à l’intérieur du grand champ par un système de balayage angulaire.
Le risque de diaphonie entre les deux champs capturés peut être fortement réduit compte tenu des forts taux d’extinction de certains polariseurs qui peuvent être supérieurs à 1 :10 000.
Le fait d’utiliser une caméra à division de plan focal dans laquelle la matrice de polariseur est intercalée entre la matrice de microlentilles et la surface photosensible permet de réduire le cross-talk entre pixels voisins.
Le présent système de prise de vue présente aussi l’avantage d’être modulaire, car il résulte soit de l’association d’un objectif et d’un sous-ensemble afocal 40 (mode de fonctionnement n°1), soit de l’association de deux objectifs indépendants (mode de fonctionnement n°2). En modifiant l’un ou l’autre de ces sous-ensembles, il est possible de modifier les caractéristiques du petit champ et du grand champ.
Enfin, on notera qu’il est possible de rajouter un second capteur dans le mode de fonctionnement n°2 sans modifier la conception du système optique 10. Cette option peut être utilisée avantageusement pour pouvoir par exemple capturer simultanément le grand champ et le petit champ dans une autre bande spectrale que le visible, comme par exemple le proche infrarouge (NIR : Near InfraRed) ou le SWI R typiquement, en conservant sur cette nouvelle bande spectrale d’intérêt tous les avantages listés précédemment. Il conviendra alors de s’assurer que la combinaison optique conserve toutes ses performances (qualité optique, transmission, taux d’extinction des polarisations, etc.) dans ces deux bandes spectrales. Le second capteur peut également s’avérer utile lorsque le signal est perturbé dans la bande spectrale du premier capteur, mais pas dans celle du second capteur (brouillard, fumées, aérosols, végétation, etc.).
Enfin, outre ces avantages, le second mode de réalisation permet aussi d’améliorer la transmission optique sur chaque voie. Il n’y a ici pas besoin de convertir la polarisation S en P sur la voie (GC) (ou inversement), tout comme il n’y a pas besoin de convertir la polarisation P en S sur la voie (PC) (ou inversement), avant de réimager le signal sur le capteur principal.
Ainsi, l’invention peut par exemple être exploitée pour : faire du suivi de cible. faire de la détection sur la voie grand champ, et de la reconnaissance ou de l’identification sur la voie petit champ. Dans ce contexte, ce système peut-être avantageusement utilisé :
o sur un drone, pour détecter, identifier et reconnaître des éléments de la scène. o sur un véhicule terrestre, pour faire de l’observation sur un champ panoramique (360° en gisement) sur la voie grand champ, en ayant un objectif frontal commun aux 2 voies similaires, mais ne réimageant les deux champs que sur un seul capteur. améliorer la détection en réduisant fortement les éblouissements du capteur causés par des réflexions spéculaires. Notamment, en environnement marin, les réflexions spéculaires du soleil sur un plan d’eau sont souvent gênantes de ce point de vue-là lorsque le soleil n’est pas au zénith.
L’homme du métier comprendra que les modes de réalisation et variantes précédemment décrits peuvent être combinés entre eux pourvu qu’ils soient compatibles techniquement.
Claims
1. Système optique (10) d’acquisition d’images d’une scène, le système optique (10) comprenant :
- une première voie optique (12) propre à fournir un premier flux optique (Fi) issu de la scène vue depuis un premier champ de vision,
- une seconde voie optique (14) propre à fournir un second flux optique (F2) issu de la scène vue depuis un second champ de vision, le second champ de vision ayant une dimension inférieure au premier champ de vision,
- un séparateur polarisant (16) propre à recevoir le premier flux optique (F1) et le second flux optique (F2), et à recombiner une portion du premier flux optique (F1) selon un premier état de polarisation avec une portion du second flux optique (F2) selon un second état de polarisation pour former un flux optique recombiné (FR), le second état de polarisation étant orthogonal au premier état de polarisation,
- un capteur (18) propre à capter le flux optique recombiné (FR), et
- une matrice de polariseurs (20) positionnée dans le plan du capteur (18) de sorte que le flux optique recombiné (FR) traverse la matrice de polariseurs (20) avant d’être capté par le capteur (18), les polariseurs de la matrice de polariseurs (20) ayant des polarisations selon le premier état de polarisation ou selon le second état de polarisation.
2. Système optique (10) selon la revendication 1 , dans lequel la seconde voie optique (14) comprend une unité optique de balayage (24) propre à modifier l’axe de visée perçu par le capteur (18) pour la portion du flux optique recombiné (FR) issue du second flux optique (F2).
3. Système optique (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le système optique (10) comprend un unique objectif (30) positionné entre le séparateur polarisant (16) et la matrice de polariseurs (20) de sorte à recevoir le flux optique recombiné (FR).
4. Système optique (10) selon la revendication 3, dans lequel la première voie optique (12) comprend une première unité de traitement (32) et la seconde voie optique (14) comprend une seconde unité de traitement (34), le séparateur polarisant (16) étant propre à recevoir un flux optique incident (Fi) issu de la scène, et à séparer le flux optique incident (Fi) en un premier flux optique intermédiaire (Fn) envoyé en entrée de la première unité de traitement (32), et en un second flux optique intermédiaire (F12) envoyé en entrée
de la seconde unité de traitement (34), la première unité de traitement (32) étant propre à traiter le premier flux optique intermédiaire (Fn) pour obtenir le premier flux optique (Fi) et à envoyer le premier flux optique (Fi) sur le séparateur polarisant (16) en vue de la recombinaison, la seconde unité de traitement (34) étant propre à traiter le second flux optique intermédiaire (F12) pour obtenir le second flux optique (F2) et à envoyer le second flux optique (F2) sur le séparateur polarisant (16) en vue de la recombinaison.
5. Système optique (10) selon la revendication 4, dans lequel la première unité de traitement (32) comprend au moins une lame à retard de phase (42) propre à modifier la polarisation du premier flux optique (F1) de sorte que le premier flux optique (F1) soit polarisé selon le premier état de polarisation, la seconde unité de traitement (34) comprenant au moins une lame à retard de phase (48) propre à modifier la polarisation du second flux optique (F2) de sorte que le second flux optique (F2) soit polarisé selon le second état de polarisation.
6. Système optique (10) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la première unité de traitement (32) comprend un sous-ensemble afocal (40) de grossissement inférieur à un, de sorte que l’association du sous-ensemble afocal (40) et de l’unique objectif (30) ait une focale inférieure à la focale de l’unique objectif, permettant l’obtention d’un champ de vision agrandi, formant le premier champ de vision, pour le premier flux optique (F1) par rapport au second flux optique (F2).
7. Système optique (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première voie optique (12) comprend un premier objectif (50) pour le premier flux optique (F1) et la seconde voie optique (14) comprend un second objectif (52) pour le second flux optique (F2).
8. Système optique (10) selon la revendication 7, dans lequel chacune de la première voie optique (12) et de la seconde voie optique (14) comprend une lame demi- onde (70, 72) propre à sélectionner les directions de polarisation côté scène destinées à être capturées par le capteur (18) pour chacune des voies.
9. Système optique (10) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le séparateur polarisant (16) est aussi propre à recombiner une portion du premier flux optique (F1) selon le second état de polarisation avec une portion du second flux optique (F2) selon le premier état de polarisation pour former un flux optique recombiné additionnel (FRadd), le système optique (10) comprenant en outre :
17
- un capteur additionnel (60) propre à capter le flux optique recombiné additionnel
(FRadd), et
- une matrice additionnelle de polariseurs (62) positionnée dans le plan du capteur additionnel (60) de sorte que le flux optique recombiné additionnel (FRadd) traverse la matrice additionnelle de polariseurs (62) avant d’être capté par le capteur additionnel (60), les polariseurs de la matrice additionnelle de polariseurs (62) ayant des polarisations selon le premier état de polarisation ou selon le second état de polarisation.
10. Système optique (10) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le séparateur polarisant (16) est aussi propre à recombiner une portion du premier flux optique (Fi) selon le second état de polarisation avec une portion du second flux optique (F2) selon le premier état de polarisation pour former un flux optique recombiné additionnel (FRadd), le système optique (10) comprenant en outre un oculaire pour l’observation d’une image formée à partir du flux optique recombiné additionnel (FRadd).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FRFR2412081 | 2024-11-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2026099228A1 true WO2026099228A1 (fr) | 2026-05-15 |
Family
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