Dispositivo de medición de defectos de un instrumento de formación de imagenes con dos sensores optoelectrónicos.

Dispositivo estático de medición de defectos ópticos de un instrumento de formación de imágenes con sensoropto-electrónico que comprende varios elementos sensores,

y que comprende un primer sensor (4) y al menos unsegundo sensor (5) situado en un plano inclinado con respecto al plano que contiene el primer sensor (4) y conrespecto al eje óptico (2) del instrumento de formación de imágenes (1), ese plano inclinado comprendiendo unarecta (6) que une los dos sensores y contenida en dicho plano que contiene dicho primer sensor, caracterizadoporque dicho segundo sensor capta la misma escena que el primer sensor y porque el dispositivo comprende unosmedios que permiten captar la misma escena en dichos primer y segundo sensores en dos instantes diferentes en elmismo tiempo, y un dispositivo de cálculo de las aberraciones ópticas que afectan a cada elemento de los dossensores.

Dispositivo de medición de defectos de un instrumento de formación de imágenes con dos sensores optoelectrónicos La presente invención se refiere a un dispositivo de medición de defectos de un instrumento de formación de imágenes con sensor opto-electrónico, así como a un dispositivo de corrección de defectos que comprende dicho dispositivo de medición.

Un instrumento óptico, como un telescopio, instalado en un satélite de observación en órbita, se puede desenfocar en particular por los efectos termo-elásticos y de la desgasificación de la estructura.

La necesidad de tener un buen contraste en las imágenes implica la medición precisa de este des-enfoque y la implantación de un dispositivo de re-enfoque que se activará en función del resultado de la medición.

De acuerdo con la técnica anterior, esos problemas de determinación del desenfoque se resolvían de diferentes formas:

• mediante la comparación con unas simulaciones realizadas con diferentes desenfoques, pero un procedimiento de ese tipo no es muy preciso;

• mediante el análisis de la superficie de onda, su aplicación solo se puede hacer con un sistema complejo;

• recurriendo a un método de medición que consiste en hacer variar el mecanismo de re-enfoque y en seleccionar el mejor enfoque, pero su aplicación es complicada;

• por medio de un dispositivo específico o de un Divisor Óptico de Haz (denominado « DIVOLI ») . Ese dispositivo necesita realizar en el suelo un alineamiento óptico perfecto entre sensores similares, e introducido, además, en la combinación óptica del vidrio.

Por otra parte, se conoce un método denominado “diversidad de fase” que, partiendo de una imagen de un objeto y de la imagen del mismo objeto desenfocado con respecto a la primera imagen con un delta de desenfoque que se conoce por medio de un sensor adicional desenfocado en general de una fracción de longitud de onda, o por medio de una acción sobre el mecanismo de enfoque, aplica un algoritmo específico que permite superar no solo el desenfoque sino también otras aberraciones ópticas clásicas.

Se conoce por el documento JP 10 227971 A un dispositivo de enfoque que comprende un divisor de flujo óptico y en el cual se desplaza una barra de detección con respecto al plano de mejor enfoque óptico, lo que complica su realización y lo hace sensible a las aceleraciones, y reduce su fiabilidad en el entorno espacial.

Por otra parte, se conocen por los documentos US 2005/0270611 A1 y US 2007/0102620 unos microscopios con dispositivos de determinación del enfoque que comprenden unos divisores de haces de luz y un mecanismo piezoeléctrico en el caso del dispositivo del primero de esos dos documentos, lo que hace que esos dispositivos sean relativamente voluminosos y difícilmente extrapolables para una utilización espacial con unos telescopios.

También se conoce por el documento JP 57019703 A un dispositivo estático de medición con dos sensores alineados de forma diferente con respecto al eje óptico.

La presente invención tiene por objeto un dispositivo de medición de los defectos como aberraciones ópticas de un instrumento de formación de imágenes con sensor optoelectrónico que comprende varios elementos sensores que sea preciso, fácil de realizar y de aplicar, y lo menos caro y menos voluminoso posible, así como un dispositivo de corrección de defectos que aplica dicho dispositivo de medición, esos dispositivos no corriendo el riesgo de bloqueo en el espacio. Por otra parte, en el entorno espacial, los mecanismos corren el riesgo de bloqueos que son difíciles de detectar en las pruebas en la Tierra, en particular a causa de una gravedad y temperatura diferentes. También es conveniente señalar que los movimientos de los mecanismos pueden provocar vibraciones en los satélites que los comprenden, lo que resulta molesto cuando los instrumentos instalados a bordo de esos satélites son unos generadores de imágenes.

El dispositivo de acuerdo con la invención es un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1.

Se sobreentiende que por « dispositivo estático », se entiende que el dispositivo de la invención se encuentra sin reenfoques sucesivos y sin desplazamiento de un componente óptico, al contrario de lo que sucede con los dispositivos conocidos, lo que hace que el dispositivo de la invención sea más sencillo y menos frágil que esos dispositivos conocidos.

La presente invención se entenderá mejor tras la lectura de la descripción detallada de un modo de realización, que se da a título de ejemplo no excluyente y que se ilustra en el dibujo adjunto, en el cual:

-la figura 1 es un esquema muy simplificado de una vista de lado de un dispositivo de aplicación del procedimiento de la invención; -la figura 2 es una vista desde arriba del dispositivo de la figura 1 en el caso de una barra lineal de sensores; y

La presente invención se describe a continuación en referencia a un instrumento opto-electrónico como un telescopio con sensor opto-electrónico instalado a bordo de un satélite de observación, siendo el defecto que hay que corregir un desenfoque, pero se sobreentiende que la invención no está limitada a esta única aplicación y que esta se puede aplicar en el caso de los equipos instalados a bordo de otros artefactos voladores distintos de los satélites (avión, helicóptero o vehículo aéreo no tripulado) , ya sean esos equipos unos telescopios u otros equipos opto-electrónicos, y los defectos que hay que corregir ya sean desenfoques u otros tipos de defectos ópticos, en particular defectos como el astigmatismo, la aberración esférica y el coma. Para corregir esos otros defectos, se determinará por tanto una función de transferencia, que depende de la combinación óptica, que, para un conjunto de aberraciones medidas, permite encontrar las mejores correcciones en términos de deformaciones y de desplazamientos de los elementos ópticos del telescopio.

Por otra parte, la invención se describe a continuación en referencia a un satélite para el cual la adquisición de las imágenes se realiza de acuerdo con la técnica « Push-Broom » (barrido de la zona de la que hay que captar) , pero se sobreentiende que no está limitada a esa técnica de adquisición y se puede aplicar con otras técnicas de adquisición. La invención se aplica en particular a los satélites que contienen una matriz opto-electrónica (satélite en órbita no sincrónica, geoestacionaria o astronómica) a condición de que se pueda captar con la matriz inclinada y la matriz nominal la misma escena por medio de la desalineación del satélite o del instrumento.

En las figuras del dibujo se ha esquematizado únicamente la parte que constituye la retina de un telescopio de satélite de observación terrestre, su parte óptica, y los circuitos de conversión de las señales eléctricas de la retina al realizarse de la forma clásica no se han representado en el dibujo. La realización de los circuitos de tratamiento de la señal que realizan la medición del desenfoque y, llegado el caso, la medición de las aberraciones en las frecuencias bajas, resultará evidente para el experto en la materia al leer la presente descripción.

En la figura 1 se ha esquematizado un dispositivo óptico clásico de formación de imágenes 1 de telescopio cuyo eje óptico tiene la referencia 2 y el plano denominado de aquí en adelante « plano focal » la referencia 3. La parte retina de ese sistema de formación de imágenes de un telescopio comprende, de origen, en un primer modo de realización (figuras 1 y 2) , una barra lineal 4 de elementos sensores opto-electrónicos situada en el plano focal 3 (y que se confunde con la línea de ese plano focal en la vista de la figura 1) . En la presente descripción, el término « sensor » designa cualquier componente opto-electrónico o cualquier conjunto de componentes opto-electrónicos que se pueden utilizar en asociación con un instrumento óptico, por ejemplo un telescopio, para constituir un sistema de formación de imágenes del tipo que se ha mencionado con anterioridad.

Hay que señalar que el plano focal 3 no se define como el plano de mejor enfoque de la óptica del instrumento, sino por el hecho de que contiene la barra lineal nominal 4.

De acuerdo con la invención, se sitúa cerca de la barra 4 y en paralelo a esta otra barra lineal 5 de sensores, en general similar o más corta que la barra 4, que entra, en el presente ejemplo, en el campo óptico del dispositivo óptico 1. Se considera que la barra 5 es paralela a la barra 4 en la medida en que sus proyecciones sobre un plano perpendicular al eje óptico 2 son paralelas entre sí, tal y como se representa en... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo estático de medición de defectos ópticos de un instrumento de formación de imágenes con sensor opto-electrónico que comprende varios elementos sensores, y que comprende un primer sensor (4) y al menos un segundo sensor (5) situado en un plano inclinado con respecto al plano que contiene el primer sensor (4) y con 5 respecto al eje óptico (2) del instrumento de formación de imágenes (1) , ese plano inclinado comprendiendo una recta (6) que une los dos sensores y contenida en dicho plano que contiene dicho primer sensor, caracterizado porque dicho segundo sensor capta la misma escena que el primer sensor y porque el dispositivo comprende unos medios que permiten captar la misma escena en dichos primer y segundo sensores en dos instantes diferentes en el mismo tiempo, y un dispositivo de cálculo de las aberraciones ópticas que afectan a cada elemento de los dos sensores.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque dicho instrumento está situado en un satélite en órbita no sincrónico y comprende un telescopio y porque la adquisición de las imágenes mediante dichos primer y segundo sensores se realiza debido al desplazamiento de dicho satélite que genera un desplazamiento del eje de alineación de dicho telescopio.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque dicho instrumento está situado sobre un satélite y comprende un telescopio y porque la adquisición de las imágenes mediante dichos primer y segundo sensores se realiza en una maniobra de dicho satélite que genera un desplazamiento del eje de alineación de dicho telescopio.

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, aplicado a la medición de desenfoques,

caracterizado porque comprende unos medios de cálculo del valor del desenfoque, que viene dado por el valor máximo de la relación de las Densidades Espectrales de Potencia (DSP) de las imágenes obtenidas por unas columnas o grupos de columnas de los dos sensores y corregidas con una estimación de la DSP del ruido de adquisición, esa relación (Ri (f) ) viniendo dada por:

en la cual: d0 es el valor del desenfoque del primer sensor, di es el desenfoque relativo de un píxel o columna de píxeles en la posición i del segundo sensor con respecto al primer sensor, desenfoque que es una función lineal de i* seno a de acuerdo con la expresión: di = i*anchura del píxel en la barra inclinada * seno a, i contándose desde el centro de la barra inclinada, FTMdefoc (d) es la función de transferencia de modulación para una frecuencia espacial f y un des-enfoque d de las imágenes.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el ángulo de inclinación

(a) del primer sensor con respecto al segundo está en función de la estimación del desenfoque máximo del instrumento de formación de imágenes.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende unos medios que aplican el método de diversidad de fase.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el ángulo de inclinación (a) del primer sensor con respecto al segundo está en función del desenfoque necesario para la aplicación del método de diversidad de fase.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los dos sensores son unas barras lineales de elementos sensores opto-electrónicos.

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los dos sensores son unas matrices rectangulares (7, 8) de elementos sensores opto-electrónicos.

10. Dispositivo de corrección de las aberraciones ópticas de un instrumento de formación de imágenes con sensor opto-electrónico caracterizado porque comprende en un bucle de control un dispositivo de medición de esos defectos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está instalado en un instrumento opto-electrónico montado a bordo de un vehículo espacial.

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque está instalado en un instrumento opto-electrónico montado a bordo de un avión, helicóptero o vehículo aéreo no tripulado.