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WO2021156581A1 - Appareil pour l'observation d'un astre - Google Patents

Appareil pour l'observation d'un astre Download PDF

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Publication number
WO2021156581A1
WO2021156581A1 PCT/FR2021/050218 FR2021050218W WO2021156581A1 WO 2021156581 A1 WO2021156581 A1 WO 2021156581A1 FR 2021050218 W FR2021050218 W FR 2021050218W WO 2021156581 A1 WO2021156581 A1 WO 2021156581A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spectral line
data
light rays
line
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2021/050218
Other languages
English (en)
Inventor
Arnaud MALVACHE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Unistellar SAS
Original Assignee
Unistellar SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Unistellar SAS filed Critical Unistellar SAS
Publication of WO2021156581A1 publication Critical patent/WO2021156581A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
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    • G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
    • G02B23/06—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors having a focussing action, e.g. parabolic mirror
    • G—PHYSICS
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    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G01J2003/2806—Array and filter array

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for observing a star. It also relates to a method for generating an image of a star.
  • the invention relates to the technical field of cameras and in particular to that of telescopes.
  • the invention is particularly, but not exclusively, suitable for observing the sun.
  • a user can observe dark areas or sunspots of the visible surface of the sun, or photosphere. It is also possible for the user to observe what are called solar protuberances, which make up the sun's chromosphere.
  • this category includes solar filters made of glass, polymer, H-Alpha, Calcium-H and Calcium-K type filters. These filters allow a single, particular spectral line to pass, centered on a specific wavelength of light rays, corresponding to a chemical element of the sun. Usually you get a monochromatic image of the sun.
  • document US2016291311 describes a solar telescope incorporating a standard filter adapted to select only a single spectral line.
  • the prior art telescopes used for the observation of the chromosphere generally include only one type of bandpass filter: an H-Alpha filter, or a Calcium-H filter, or a Calcium filter. -K.
  • a user wishing to visualize the distribution of several chemical elements on the surface of the sun must therefore have either several telescopes equipped each a specific bandpass filter, or a set of several bandpass filters. This considerably increases the costs and complicates the observation. In any case, it is not possible to simultaneously observe several chemical elements on the surface of the sun.
  • An objective of the invention is to remedy all or part of the aforementioned drawbacks.
  • Another objective of the invention is to provide an apparatus specially designed for simultaneously observing several characteristics of a star, of simple design, and inexpensive and easy to use.
  • Yet another object of the invention is to provide a new type of apparatus provided with a filter specially designed for the simultaneous observation and analysis of the distribution of several chemical elements of a star.
  • An additional objective of the invention is to provide a method for generating, in a simple and rapid manner, an image on which simultaneously appear the distributions of several chemical elements of a star. .
  • the solution proposed by the invention is an optical device for observing a star, comprising:
  • - filtration means positioned in the hollow body, suitable for selecting at least one spectral line centered on a wavelength of light rays
  • an optical system positioned in the hollow body, to make the light rays converge in a focal plane
  • a sensor positioned in the focal plane, to generate data resulting from the acquisition of the spectral line
  • an electronic image processing unit connected to the sensor, which unit is suitable for processing sensor data and generating an image of the star on a screen.
  • the apparatus is remarkable in that the filtration means is adapted to simultaneously select at least a first spectral line centered on a first wavelength of light rays and a second spectral line centered on a second wavelength of said light rays. and stopping the other wavelengths of said light rays, said first line and said second line being distant and / or not overlapping.
  • this specific filtration means allows the user to visualize simultaneously, and easily, the arrangement of several chemical elements of the star, with a single device. Manufacturing, purchasing, maintenance and handling costs are thus greatly reduced.
  • This filtration means also makes it possible to easily visualize stars in all circumstances, including stars in the deep sky. In addition, this filtration means avoids any post processing of the image.
  • the senor is suitable for transmitting, to the electronic unit: first data resulting from the acquisition of the first spectral line and, second data resulting from the acquisition of the second spectral line and the unit electronics is adapted to process the first data and the second data and combine the results of said processing in order to generate a single image combining the results of the first processed data and the second processed data.
  • the filtration means is adapted to select, simultaneously with the first spectral line and the second spectral line, a third spectral line centered on a third wavelength of light rays, said first line, said second line and said third line being distant and / or not overlapping.
  • the senor is further adapted to transmit, to the electronic unit, third data resulting from the acquisition of the third spectral line and, the electronic unit is adapted to process the first data, the second data. and the third data and combine the results of said processing in order to display a single image combining the results of the first processed data, the second processed data and the third processed data.
  • the filtration means is configured so that the first spectral line, the second spectral line and the third spectral line are spectral lines belonging to the Fraunhofer spectrum.
  • the filtration means is configured so that the first spectral line corresponds to the spectral line K of Fraunhofer.
  • the filtration means is configured so that the second spectral line corresponds to the spectral line Di of Fraunhofer.
  • the filtration means is configured so that the third spectral line corresponds to the spectral line C of Fraunhofer.
  • the filtration means comprises a common support on which are installed an integer number n of filters distinct from each other, n corresponding to the number of spectral lines to be selected.
  • the optical system comprises at least one mirror adapted to make the light rays converge towards the sensor, the filtration means being arranged between said mirror and said sensor.
  • the optical system comprises at least one lens adapted to make the light rays converge towards the sensor, the filtration means being arranged between said lens and said sensor.
  • the sensor is a matrix color sensor formed by a mosaic of colored filters and the spectral lines selected by the filtration means have wavelengths included in the spectrum of the color filters of the sensor.
  • the filtration means is positioned before the optical system.
  • the filtration means is positioned between the optical system and the sensor.
  • the filtration means is placed at a distance of at least 1 cm from the sensor.
  • Another aspect of the invention relates to a method for generating an image of a star, comprising the steps of:
  • the method is remarkable in that the step of filtering the light rays consists in simultaneously selecting at least a first spectral line centered on a first wavelength of light rays and a second spectral line centered on a second wavelength of said wavelengths. light rays and stop the other wavelengths of said light rays, said first line and said second line being distant and / or not overlapping.
  • the method also comprises the steps of generating first data resulting from the acquisition of the first spectral line and of the second data resulting from the acquisition of the second spectral line and in processing the first data and the second. data and combine the results of said processing to generate a single image combining the results of the first processed data and the second processed data.
  • the method also comprises the steps of selecting, simultaneously with the first spectral line, and with the second spectral line, a third spectral line centered on a third wavelength of light rays, said first line, said second line and said third line being distant and / or not overlapping.
  • the method also comprises the steps of generating third data resulting from the acquisition of the third spectral line and in processing the first data, the second data and the third data and combining the results of said processing in order to visualize a single image combining the results of the first processed data, the second processed data and the third processed data.
  • FIG. 1 above schematizes an apparatus for observing the sun according to the prior art.
  • FIG. 2a shows schematically an apparatus according to the invention according to a first embodiment.
  • FIG. 2b shows schematically an apparatus according to the invention according to a second embodiment.
  • FIG. 3a shows schematically an apparatus according to the invention according to a third embodiment.
  • FIG. 3b shows schematically an observation apparatus according to the invention according to a fourth embodiment.
  • FIG. 4 shows schematically, front view, a filtration means according to a preferred embodiment.
  • FIG. 5 is a transmission spectrum of the different elements analyzed.
  • FIG. 6 is a diagram showing steps in the process for transforming light rays into an image.
  • FIG. 7 is a transmission spectrum of a Bayer matrix.
  • the apparatus 30 object of the invention is mainly used for observing the sun. It is also suitable for observing other stars (or celestial object / body) such as planets, stars, nebulae, galaxies, etc. It is preferably a telescope but the device can also be in the form of a still camera or a video camera.
  • stars or celestial object / body
  • the device can also be in the form of a still camera or a video camera.
  • the telescope 30 comprises in particular a hollow body 31, an optical system 32, 320, a filtration means 33 and a sensor 34.
  • the optical system 32 may comprise a mirror 32 or a lens 320.
  • the hollow body 31 is preferably in the form of a hollow tube of circular section, but could be a tube of oval, square, octagonal, or other section. It is specified that the hollow body 31 is not necessarily of tubular shape, but may be of conical shape, or formed of portions of tubes or cones, for example.
  • the 320 and the sensor 34 are centered on the optical axis 37 which is preferably rectilinear and which coincides with the axis of symmetry of the tube 31.
  • the optical axis 37 which is preferably rectilinear and which coincides with the axis of symmetry of the tube 31.
  • Other configurations can however be envisaged, in particular with a non-rectilinear optical axis.
  • the tube 31 comprises a first end 310 closed by a filtration means 33 through which the light rays 35 penetrate inside said tube, and a second end 311, opposite to said first end 310 .
  • the tube 31 can be made of metal, plastic, composite material, etc. By way of example, its length is between 200 mm and 400 mm, its diameter is between 50 mm and 500 mm and its thickness is between 1 mm and 10 mm.
  • the filtration means 33 is fixed at the level of the first end 310 of the telescope 30, for example by clipping or threading.
  • a broadband filter for example of the Mylar® type, is installed upstream of the filtration means, so as to attenuate the quantity and / or the intensity of the light rays 35.
  • the filtration means 33 is adapted to simultaneously select at least two and preferably three spectral lines, each centered on a wavelength of light rays 35: a first spectral line 381 centered on a first wavelength; a second spectral line 382 centered on a second wavelength; and a third spectral line 383 centered on a third wavelength. These spectral lines are distant from each other and / or do not overlap. The other wavelengths of the light rays 35 are stopped by the filter means 33.
  • Each spectral line 381, 382, 383 is narrow. Preferably, it corresponds to a peak whose width is less than or equal to 3 nm and preferably less than or equal to 0.1 nm.
  • each spectral line 381, 382, 383 corresponds to the absorption or emission peak of a particular chemical element from the sun (or the observed star). The more a chemical element is present on the surface of the sun, the greater its absorption peak 381, 382, 383.
  • the filtration means 33 is configured to select spectral lines belonging to the Fraunhofer spectrum (or Fraunhofer lines)
  • the filtration means 33 is configured so that the first spectral line 381 is centered on the Fraunhofer spectral line K (element Ca + wavelength 393.368 nm), that the second spectral line 382 is centered on the spectral line Di of Fraunhofer (element Na; wavelength 589.592 nm), and that the third spectral line 383 is centered on the spectral line C of Fraunhofer (element Ha; wavelength 656.281 nm).
  • These spectral lines 381, 382, 383 are perfectly distinct from each other.
  • the filter means 33 can be configured to select a lower number of spectral lines, for example only two spectral lines, or a higher number of spectral lines, for example four or more. As explained further on in the description, the number of spectral lines selected by the filtration means 33 advantageously corresponds to the number of different colors of the filters making up a Bayer matrix.
  • FIG. 4 A preferred embodiment of the filtration means 33 is illustrated in Figure 4.
  • This filtration means 33 comprises a common support 330, for example made of steel, carbon, or a plastic material.
  • the support 330 is preferably circular in shape but can also be square, octagonal, oval, etc. In general, the shape and the dimensions of the support 330 are adapted to the shape and to the internal diameter of the hollow body 31 in which it is positioned.
  • FIG. 4 In Figure 4, three separate filters, respectively 331, 332 and 333 are installed on the support 330, in the plane thereof. These filters are thus arranged to be simultaneously crossed by the light rays 35. Each of these filters is configured to allow only one spectral line 381, 382, 383 to pass, and can be considered as a band-pass filter.
  • the filtration means 33 formed by the combination of the various filters 331, 332 and 333, can then be likened to a multi-band-pass filter, of simple, robust and inexpensive design. It will be understood that if the filtration means 33 is suitable for simultaneously selecting n spectral lines (n being an integer greater than or equal to 2), then n distinct filters will be installed on the support 330. Thus, and as illustrated in FIG. 6, only the filtered light rays 350 corresponding to the selected wavelengths will continue their course towards the sensor 34.
  • Each of these arrangements receives: a first filter 331 adapted to select the first wavelength associated with the first spectral line 381; a second filter 332 adapted to select the second wavelength associated with the second spectral line 382; and a third filter 333 adapted to select the third wavelength associated with the third spectral line 383.
  • the filters 331, 332, 333 are preferably circular, but could be of another shape, for example square, rectangular, oval, polygonal, etc.
  • the filters 331, 332, 333 partially cover only the surface of the support 33.
  • the part 334 of the support 33 which is not covered by the filters 331, 332, 333 can be opaque so as to do not allow any light rays 35 to pass.
  • the uncovered part 334 can be made of a transparent or translucent material allowing light rays 35 to pass.
  • the material used can advantageously be Mylar® or another similar material, to reduce the brightness of the light rays passing through it.
  • the filters 331, 332, 333 cover the entire surface of the support 33.
  • the filters 331, 332, 333 may in this case have, for example, the shape of a portion of a pie chart.
  • the support 330 comprises several first filters adapted to each select the first wavelength associated with the first spectral line 381, and / or several second filters adapted to each select the second wavelength. associated with the second spectral line 382; and / or several third filters adapted to each select the third wavelength associated with the third spectral line 383.
  • These different filters can for example be arranged to cover the entire surface of the support 33, or only part of it.
  • the support 330 comprises, in addition to the aforementioned first, second and third filter (s), other filters adapted to each select a different wavelength. It is for example possible to provide one or more filters suitable for selecting infrared and / or one or more filters suitable for selecting ultra-violet.
  • polarizing filters are added behind the filters 331, 332, 333 of the filtration means 33.
  • polarizing filters can select one of two polarizations of light.
  • Light is a wave described by signals that oscillate in space and time. These signals are the electric and magnetic fields, hence the name electromagnetic wave. These two fields each have a direction and are perpendicular to each other. Depending on one or the other of the selected polarizations, it is possible to modify the contrast and / or the saturation of the colors. Polarization makes it possible to better observe the granularity of the surface of the star in one polarization or another.
  • Each filter 331, 332, 333 is advantageously associated with a different polarization from the other said filters.
  • the solar filtration means 33 has only two filters, one of them is associated with a first polarization and the other is associated with a second polarization.
  • the filtration means 33 comprises the three filters 331, 332, 333, the first is associated with a first polarization, the second is associated with a second polarization and the third is not associated with a polarization.
  • the third solar filter be associated with one or the other of the polarizations so that there are two filters associated with one polarization and one filter associated with another polarization.
  • the optical system is formed by a mirror 32 disposed inside the tube 31, and centered on the optical axis 37.
  • the mirror 32 is disposed near the second end 311 of the tube 31 It is preferably concave. Its shape and dimensions are adapted to those of the tube 31.
  • the filtered light rays 350 are reflected by the mirror 32 so that they converge in a focal plane 39 where the sensor 34 is positioned.
  • the filtering means 33 is arranged upstream of the mirror 34, so that the light rays 35 are filtered before their convergence in the focal plane and therefore before the formation of the image in said focal plane.
  • the sensor 34 is centered on the optical axis 37, in the focal plane 39 so as to acquire the spectral lines 381, 382, 383 of the filtered light rays 350.
  • the sensor 34 is a photosensitive component making it possible to generate data (or electrical signals) from the acquisition of spectral lines 381, 382, 383.
  • the sensor 34 is a matrix color sensor comprising a mosaic 341 of color filters.
  • Color filters are usually disposed on the photosensitive surface 340 of the sensor. This surface is generally composed of a plurality of photosensitive pixels. A filter is placed in front of each photosensitive pixel so that it receives only the color that is not absorbed by the filter.
  • This drawing is specially adapted to the perception characteristics of the human eye. It presents a periodic alternation of colored filters of two colors on each line, green and blue on one line, red and green on the next line; and the same periodic alternation on the columns.
  • the color qualifying the colored filters of the matrix namely “red filters”, “green filters” or “blue filters” means that the colored filter in question is designed to pass only a range of length of waves corresponding to this color.
  • FIG. 7 shows the transmission curves of the red (R), green (V) and blue (B) filters of the sensor 34.
  • the spectral lines 381, 382, 383 selected by the means filtration 33 are centered on the wavelengths corresponding to the colors of the filters of the matrix 341.
  • the number of colors making up the mosaic of filters 341 corresponds to the number of spectral lines 381, 382, 383 selected by the solar filtration means 33.
  • the colored filters of the mosaic can only be of two colors.
  • the matrix may also comprise pixels not covered with filters and / or pixels covered with filters which only allow infrared and / or ultraviolet to pass.
  • This embodiment is suitable in particular when the filtration means 33 is suitable for selecting other spectral lines, in particular centered in the infrared and / or the ultraviolet.
  • the main advantage of the matrix color sensor 34 is that it is relatively inexpensive and has small dimensions. So we can easily install it in the hollow tube 31 without losing space. In addition, this type of sensor makes it possible to avoid post-processing of the image since the color of its pixels is automatically given by said sensor.
  • each photosensitive pixel With a color matrix color sensor with color filters, each photosensitive pixel provides an electrical signal coming from the filtered rays 350, in the color that the associated color filter lets through. Each electrical signal remains associated with the photosensitive pixel 21 which generated it, and therefore with a well-defined position on the matrix, which makes it possible to constitute an image of the star observed through image processing.
  • This image processing is preferably configured in an automatic mode commonly called “automatic white balance” or AWB (standing for “Automatic White Balance”).
  • AWB automatic white balance
  • an AWB algorithm averages and correlates the pixel values on each channel (red, green, and blue) of the captured image.
  • the image processing is preferably carried out by electronic unit 36 connected to the sensor 34.
  • the connection between the sensor 34 and the unit 36 can be carried out in a wired or wireless manner, by example by means of a proximity communication protocol, such as, by way of non-limiting example, the Bluotooth®, Wifi®, Zigbee® protocol.
  • the unit 36 is adapted to process the first data resulting from the acquisition of the first spectral line 381 (eg: acquired by the photosensitive pixels associated with the blue filters of the matrix 341), the second data resulting from the. acquisition of the second spectral line 382 (ex: acquired by the photosensitive pixels associated with the green filters of the matrix 341) and the third data resulting from the acquisition of the third spectral line 383 (ex: acquired by the photosensitive pixels associated with the filters red of matrix 341).
  • Unit 36 combines the results of these treatments to generate a single image combining the results of the first processed data, the second processed data and the third processed data.
  • the processing unit 36 can also be configured to separate each part of the image acquired by the sensor 34 so that the image of the star displayed on the screen 40 shows the distribution of the chemical element corresponding to the first spectral line 381 and / or the distribution of the chemical element corresponding to the second spectral line 382 and / or the distribution of the element corresponding to the third spectral line 383.
  • a dedicated key installed on the telescope 30 may for example be provided to allow the user to select the type of image to be displayed on the screen 40: an image showing the arrangement of a single chemical element , or an image combining the arrangement of two or more chemical elements. In other words, the user can combine the images or select a particular one.
  • the filtration means 33 selects n spectral lines (n being an integer> 2)
  • the sensor 34 transmits to the unit 36 n distinct data resulting from the acquisition of said lines.
  • unit 36 processes these n data and combines the results of these n processed data. The user can view one image or n images depending on what he wants to observe.
  • Deep sky objects and in particular nebulae or galaxies, are very faint. Therefore, bad conditions can interfere with its observation. Especially if the user is located in or near a city, the light pollution of the city alters the observation because of a sharp decrease in contrast. But the elements of the deep sky emit certain particular spectral lines which are characteristic of them.
  • the use of filtration means 33 makes it possible to select n spectral lines of light rays 35 emitted by deep sky objects.
  • the processing unit 36 can then be adapted to increase the contrast corresponding to each of said lines.
  • the electronic unit 36 comprises a computer 360 in the form of a processor, microprocessor, CPU (for Central Processing Unit), a memory card and generally comprises the computer resources allowing to ensure the processing of the electrical signals received from the sensor 34 for the formation of a digital image of the sun.
  • These components are preferably mounted on an electronic card 361.
  • the card 361 makes it possible to group together in a single place, and on a single support, all the electronic components of the processing unit 36. This design makes it possible to minimize the number of integrated electronic cards. in the telescope 30, and reduce the number of wiring.
  • the manufacture of the processing unit 36, its installation in the telescope 30 and, where appropriate, its maintenance are greatly facilitated.
  • the screen 40 can be attached to the card 361 so that the processing unit 36 and said screen form an easily manipulated one-piece assembly.
  • a flat screen is advantageously used, for example a full color liquid crystal screen LCD (for Liquid Crystal Display) or OLED (for Organic Light-Emitting Diode).
  • the screen 40 is separate from the processing unit 36 and from the electronic card 361. It is physically distant from the tube 31.
  • the screen 40 may be that of a user's mobile terminal, for example the screen of a smartphone (smart phone) or of a touchscreen tablet.
  • the connection between the processing unit 36 and the screen 40 can be made via a wired link (for example by means of a USB cable) or via a wireless link, for example according to a proximity communication protocol, such as as a non-limiting example, the Bluetooth®, Wifi®, ZigBee® protocol.
  • This embodiment makes it possible to reduce the compactness of the telescope 30, since the size of the screen 40 is not taken into account.
  • the optical system of Figure 2b includes a lens 320 disposed inside the tube 31 and centered on the optical axis 37.
  • the filtered light rays 350 are refracted by the lens 320 towards the sensor 34.
  • the shape and the dimensions of said lens are adapted to those of the tube 31.
  • the operation of the telescope 30 is identical to that described with reference to the first mode of achievement.
  • the filtration means 33 is disposed between the mirror 32 and the sensor 34.
  • the dimensions of the filtration means 33 can then be smaller compared to the previous embodiments, reducing by makes the compactness of the telescope 30 as well as the manufacturing costs.
  • the light rays 35 are filtered here after they start to converge towards the focal plane, that is, during the formation of the image in said focal plane.
  • the image is in the process of being formed when the light rays 35 reach the filtration means 33.
  • the filtration means 33 is advantageously placed at a distance of at least 1 cm from the sensor 34. Indeed, the applicant has been able to observe that this particular arrangement makes it possible to attenuate the effects of spatial selection. described in the previous paragraph.
  • the optical system of Figure 3b includes a lens 320 disposed inside the tube 31 and centered on the optical axis 37.
  • the light rays 35 are refracted by the lens 320 before being filtered by the filtration means 33 and converging towards the sensor 34.
  • the shape and dimensions of said lens are adapted to those of the tube 31. Operation of the telescope 30 is identical to that described with reference to the third embodiment. [80] This embodiment allows those skilled in the art to consider another mounting alternative for the telescope 30 depending on the optical system at his disposal.
  • the optical system 32, 320 of the telescope 30 does not necessarily consist only of a lens 320 or of a single primary mirror 32 but may also include a secondary mirror in addition to the primary mirror.
  • the filtration means 33 does not necessarily consist of three filters 331, 332, 333 but can also be in the form of a single multi-bandpass filter.
  • a matrix color sensor 34 formed of colored filters other than red, green and blue filters (for example magenta, cyans and yellow filters) can be envisaged.
  • the choice of colors depends in particular on the spectral lines selected by the filtration means 33.
  • sensors 34 can be considered.
  • a CCD, CMOS or Foveon type sensor colored or black and white.

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Abstract

L'invention concerne un appareil optique (30) pour l'observation d'un astre, comportant : - un corps creux (31) à l'intérieur duquel pénètrent, en usage, des rayons lumineux (35) issus de l'astre, - un moyen de filtration (33), positionné dans le corps creux (31 ), adapté pour sélectionner au moins une raie spectrale centrée sur une longueur d'onde des rayons lumineux (35), - un système optique (32, 320) positionné dans le corps creux (31 ), pour faire converger les rayons lumineux (35) dans un plan focal (39), - un capteur (34) positionné dans le plan focal (39), pour générer des données issues de l'acquisition de la raie spectrale, - une unité électronique (36) de traitement d'image connectée au capteur (34), laquelle unité est adaptée pour traiter les données du capteur (34) et générer une image de l'astre sur un écran (40), caractérisé en ce que le moyen de filtration (33) est adapté pour sélectionner simultanément au moins une première raie spectrale (381) centrée sur une première longueur d'onde des rayons lumineux (35) et une deuxième raie spectrale (382) centrée sur une deuxième longueur d'onde desdits rayons lumineux et arrêter les autres longueurs d'onde desdits rayons lumineux, ladite première raie et ladite deuxième raie étant distantes et/ou ne se chevauchant pas.

Description

Description
Titre : Appareil pour l’observation d’un astre
Domaine technique.
[1] L’invention a pour objet un appareil pour l’observation d’un astre. Elle concerne également un procédé pour générer une image d’un astre.
[2] L'invention se rapporte au domaine technique des appareils de prise de vue et notamment à celui des télescopes. L’invention convient particulièrement, mais non exclusivement, pour l’observation du soleil.
Etat de la technique.
[3] L’astronomie est une discipline qui se pratique le plus souvent de nuit puisqu’il est nécessaire d’avoir la plus grande obscurité possible pour observer correctement les étoiles. Et pourtant, la terre est à proximité de la seule étoile de notre système solaire, ce qui pourrait tenter un astronome amateur.
[4] Un utilisateur peut observer les zones sombres ou tâches solaires de la surface visible du soleil, ou photosphère. Il est également possible pour l’utilisateur d’observer ce que l’on nomme les protubérances solaires, constitutives de la chromosphère du soleil.
[5] L’observation du soleil n’est toutefois pas anodine. En effet, le soleil présente une luminosité extrême, à tel point qu’il est impossible de le regarder fixement à l’œil nu sans subir de dommages oculaires. Or, le but d’un télescope est de récolter le plus de lumière possible, démultipliant ainsi cette luminosité extrême. L’observation du soleil au travers d’un télescope nécessite donc une protection adéquate.
[6] De plus si les rayons lumineux entrent directement dans le télescope, de manière concentrée, ceux-ci pourraient provoquer une surchauffe entraînant une détérioration du télescope. Les rayons lumineux pourraient également entraîner des dommages irréversibles sur la rétine de l’utilisateur, si le télescope n’est pas muni d’une protection ou d’un moyen de filtration solaire adéquat.
[7] C’est pour cela qu’il est important de protéger à la fois le télescope et les yeux de l’utilisateur. La plupart du temps, on utilise d’un filtre spécial, appelé filtre solaire. [8] Le document US 2008/0017784 décrit un exemple d’appareil pour l’observation du soleil. Ce type d’appareil est représenté schématiquement à la figure 1. Les rayons lumineux 35 provenant du soleil pénètrent dans le corps creux 31 , par une première extrémité 310, et traversent un moyen de filtration 33. Les rayons lumineux 35 sont réfléchis par un miroir 32 vers un capteur 34 centré sur l’axe optique 37. Le capteur 34 transmet les signaux électriques qu’il transfère à une unité électronique de traitement 36 qui assure le traitement de l’image.
[9] Il existe aujourd’hui sur le marché plusieurs types de filtres solaires que l’on pourrait répartir en deux catégories :
- Les filtres large-bande pour l’observation des tâches solaires de la photosphère : ce sont notamment les filtres solaires Astrosolar ® ou les filtres Mylar ®, très accessibles en termes de coût pour les utilisateurs de télescopes mais très fragiles et pouvant facilement s’abîmer et devenir inutilisables. En effet, le moindre défaut pourrait laisser passer des rayons lumineux susceptibles d’abimer les yeux. On trouve également dans cette catégorie les filtres en verre, ne permettant pas d’observer les détails de la structure du soleil. L’observation du soleil se fait en lumière blanche, c’est à dire que toutes les longueurs d’ondes sont présentes. Ces filtres sont dits à réflexion c’est-à-dire qu’ils atténuent l’intensité (ou la luminosité) des rayons qui entrent dans le télescope.
- Les filtres passe-bande pour l’observation de caractéristiques de la chromosphère : on retrouve dans cette catégorie les filtres solaires en verres, en polymère, les filtres type H-Alpha, Calcium-H et Calcium-K. Ces filtres laissent passer une seule raie spectrale particulière, centrée sur une longueur d’onde spécifique des rayons lumineux, correspondant à un élément chimique du soleil. On obtient généralement une image monochromatique du soleil. Par exemple, le document US2016291311 décrit un télescope solaire intégrant un filtre étalon adapté pour ne sélectionner qu’une unique raie spectrale.
[10] Les télescopes de l’art antérieurs utilisés pour l’observation de la chromosphère, ne comprennent généralement qu’un seul type de filtre passe- bande : un filtre H-Alpha, ou un filtre Calcium-H, ou un filtre Calcium-K. Un utilisateur souhaitant visualiser la répartition de plusieurs éléments chimiques à la surface du soleil, doit donc disposer soit de plusieurs télescopes équipés chacun d’un filtre passe-bande spécifique, soit d’un jeu de plusieurs filtres- passe-bande. Cela augmente considérablement les coûts et complexifie l’observation. En tout état de cause, il n’est pas possible d’observer, simultanément plusieurs éléments chimiques à la surface du soleil.
[11] En outre, l’observation de nuit, notamment pour les astres du ciel profond comme les nébuleuses, peut être limitée si cette observation est réalisée dans de mauvaises conditions. Un utilisateur peut notamment subir la pollution lumineuse d’une ville qui a tendance à fortement altérer l’observation. En effet, la forte luminosité émise par la ville entraîne une diminution du contraste dans le télescope, ne permettant pas de visualiser correctement les astres du ciel profond.
[12] Un objectif de l’invention est de remédier à tout ou partie des inconvénients précités.
Un autre objectif de l’invention est de proposer un appareil spécialement conçu pour observer simultanément plusieurs caractéristiques d’un astre, de conception simple, et peu onéreux et facile d’utilisation.
Encore un autre objectif de l’invention est de proposer un nouveau type d’appareil muni d’un filtre spécialement conçu pour l’observation et l’analyse simultanée de la répartition de plusieurs éléments chimiques d’un astre.
Un objectif supplémentaire de l’invention est de proposer un procédé permettant de générer de manière simple et rapide, une image sur laquelle apparaissent simultanément les répartitions de plusieurs éléments chimiques d’un astre. .
Présentation de l’invention.
[13] La solution proposée par l’invention est un appareil optique pour l’observation d’un astre, comportant :
- un corps creux à l’intérieur duquel pénètrent, en usage, des rayons lumineux issus de l’astre,
- un moyen de filtration, positionné dans le corps creux, adapté pour sélectionner au moins une raie spectrale centrée sur une longueur d’onde des rayons lumineux,
- un système optique positionné dans le corps creux, pour faire converger les rayons lumineux dans un plan focal, - un capteur positionné dans le plan focal, pour générer des données issues de 1’acquisition de la raie spectrale,
- une unité électronique de traitement d’image connectée au capteur, laquelle unité est adaptée pour traiter les données du capteur et générer une image de l’astre sur un écran.
L’appareil est remarquable en ce que le moyen de filtration est adapté pour sélectionner simultanément au moins une première raie spectrale centrée sur une première longueur d’onde des rayons lumineux et une deuxième raie spectrale centrée sur une deuxième longueur d’onde desdits rayons lumineux et arrêter les autres longueurs d’onde desdits rayons lumineux, ladite première raie et ladite deuxième raie étant distantes et/ou ne se chevauchant pas.
[14] L’utilisation de ce moyen de filtration spécifique permet à l’utilisateur de visualiser simultanément, et de manière aisée, la disposition de plusieurs éléments chimiques de l’astre, avec un seul appareil. Les coûts de fabrication, d’achat, d’entretien et de manutention sont ainsi fortement réduits. Ce moyen de filtration permet également de visualiser en toutes circonstances et de manière aisée des astres, y compris des astres du ciel profond. En outre, ce moyen de filtration évite tout post traitement de l’image.
[15] D’autres caractéristiques avantageuses de l’invention sont listées ci-dessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus. Chacune de ces caractéristiques contribue, le cas échéant, à la résolution de problèmes techniques spécifiques définis plus avant dans la description et auxquels ne participent pas nécessairement les caractéristiques remarquables définies ci- dessus. Ces dernières peuvent faire l’objet, le cas échéant, d’une ou plusieurs demandes de brevet divisionnaires :
[16] Avantageusement, le capteur est adapté pour transmettre, à l’unité électronique : des premières données issues de l’acquisition de la première raie spectrale et, des deuxièmes données issues de l’acquisition de la deuxième raie spectrale et l’unité électronique est adaptée pour traiter les premières données et les deuxièmes données et combiner les résultats desdits traitements afin de générer une seule image combinant les résultats des premières données traitées et des deuxièmes données traitées. [17] Avantageusement, le moyen de filtration est adapté pour sélectionner, simultanément à la première raie spectrale et à la deuxième raie spectrale, une troisième raie spectrale centrée sur une troisième longueur d’onde des rayons lumineux, ladite première raie, ladite deuxième raie et ladite troisième raie étant distantes et/ou ne se chevauchant pas.
[18] Avantageusement, le capteur est en outre adapté pour transmettre, à l’unité électronique, des troisièmes données issues de l’acquisition de la troisième raie spectrale et, l’unité électronique est adaptée pour traiter les premières données, les deuxièmes données et les troisièmes données et combiner les résultats desdits traitements afin de visualiser une seule image combinant les résultats des premières données traitées, des deuxièmes données traitées et des troisièmes données traitées.
[19] Avantageusement, le moyen de filtration est configuré pour que la première raie spectrale, la deuxième raie spectrale et la troisième raie spectrale soient des raies spectrales appartenant au spectre de Fraunhofer.
[20] Avantageusement, le moyen de filtration est configuré pour que la première raie spectrale corresponde à la raie spectrale K de Fraunhofer.
[21] Avantageusement, le moyen de filtration est configuré pour que la deuxième raie spectrale corresponde à la raie spectrale Di de Fraunhofer.
[22] Avantageusement, le moyen de filtration est configuré pour que la troisième raie spectrale corresponde à la raie spectrale C de Fraunhofer.
[23] Avantageusement, le moyen de filtration comprend un support commun sur lequel sont installés un nombre entier n de filtres distincts les uns des autres, n correspondant au nombre de raies spectrales à sélectionner.
[24] Avantageusement, le système optique comprend au moins un miroir adapté pour faire converger les rayons lumineux vers le capteur, le moyen de filtration étant disposé entre ledit miroir et ledit capteur.
[25] Avantageusement, le système optique comprend au moins une lentille adaptée pour faire converger les rayons lumineux vers le capteur, le moyen de filtration étant disposé entre ladite lentille et ledit capteur. [26] Avantageusement, le capteur est un capteur couleur matriciel formé d'une mosaïque de filtres colorés et les raies spectrales sélectionnées par le moyen de filtration ont des longueurs d'ondes comprises dans le spectre des filtres colorés du capteur.
[27] Avantageusement, le moyen de filtration est positionné avant le système optique.
[28] Avantageusement, le moyen de filtration est positionné entre le système optique et le capteur.
[29] Avantageusement, le moyen de filtration est disposé à une distance d’au moins 1 cm du capteur.
[30] Un autre aspect de l’invention concerne un procédé pour générer une image d’un astre, comportant les étapes consistant à :
- filtrer les rayons lumineux issus de l’astre de manière à sélectionner au moins une raie spectrale centrée sur une longueur d’onde desdits rayons lumineux,
- faire converger les rayons lumineux dans un plan focal,
- générer des données issues d’une acquisition de la raie spectrale,
- traiter lesdites données pour générer une image de l’astre sur un écran.
Le procédé est remarquable en ce que l’étape de filtration des rayons lumineux consiste à sélectionner simultanément au moins une première raie spectrale centrée sur une première longueur d’onde des rayons lumineux et une deuxième raie spectrale centrée sur une deuxième longueur d’onde desdits rayons lumineux et arrêter les autres longueurs d’onde desdits rayons lumineux, ladite première raie et ladite deuxième raie étant distantes et/ou ne se chevauchant pas.
[31] Avantageusement, le procédé comprend également les étapes consistant à générer des premières données issues de l’acquisition de la première raie spectrale et des deuxièmes données issues de l’acquisition de la deuxième raie spectrale et à traiter les premières données et les deuxièmes données et combiner les résultats desdits traitements afin de générer une seule image combinant les résultats des premières données traitées et des deuxièmes données traitées. [32] Selon une variante de réalisation, le procédé comprend également les étapes consistant à sélectionner, simultanément à la première raie spectrale, et à la deuxième raie spectrale, une troisième raie spectrale centrée sur une troisième longueur d’onde des rayons lumineux, ladite première raie, ladite deuxième raie et ladite troisième raie étant distantes et/ou ne se chevauchant pas.
[33] Avantageusement, le procédé comprend également les étapes consistant à générer des troisièmes données issues de l’acquisition de la troisième raie spectrale et à traiter les premières données, les deuxièmes données et les troisièmes données et combiner les résultats desdits traitements afin de visualiser une seule image combinant les résultats des premières données traitées, des deuxièmes données traitées et des troisièmes données traitées.
Breve description des figures.
[34] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d’un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d’exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels :
[Fig. 1] précitée schématise un appareil pour l’observation du soleil selon l’art antérieur.
[Fig. 2a] schématise un appareil conforme à l’invention selon un premier mode de réalisation.
[Fig. 2b] schématise un appareil conforme à l’invention selon un second mode de réalisation.
[Fig. 3a] schématise un appareil conforme à l’invention selon un troisième mode de réalisation.
[Fig. 3b] schématise un appareil pour l’observation conforme à l’invention selon un quatrième mode de réalisation.
[Fig. 4] schématise, vue de face, un moyen de filtration selon un mode préféré de réalisation.
[Fig. 5] est un spectre de transmission des différents éléments analysés. [Fig. 6] est un schéma présentant des étapes du procédé de transformation des rayons lumineux en image.
[Fig. 7] est un spectre de transmission d’une matrice de Bayer.
Description des modes de réalisation.
[35] L’appareil 30 objet de l’invention est principalement utilisé pour l’observation du soleil. Il convient également pour l’observation d’autres astres (ou objet/corps céleste) tels que des planètes, des étoiles, des nébuleuses, des galaxies, etc. Il s’agit préférentiellement d’un télescope mais l’appareil peut également se présenter sous la forme d’un appareil photographique ou d’une caméra vidéo.
Par souci de clarté, et à titre d’exemple illustratif seulement, la suite de la description fait seulement référence à un télescope adapté pour l’observation du soleil.
[36] Sur les figures annexées, le télescope 30 comprend notamment un corps creux 31 , un système optique 32, 320, un moyen de filtration 33 et un capteur 34. Le système optique 32 peut comprendre un miroir 32 ou une lentille 320. Le corps creux 31 se présente préférentiellement sous la forme d’un tube creux de section circulaire, mais pourrait être un tube de section ovale, carrée, octogonale, ou autre. Il est précisé que le corps creux 31 n’est pas nécessairement de forme tubulaire, mais peut être de forme conique, ou formé de portions de tubes ou de cônes par exemple.
[37] Sur les figures annexées, le moyen de filtration 33, le système optique 32,
320 et le capteur 34 sont centrés sur l’axe optique 37 qui est préférentiellement rectiligne et qui coïncide avec l’axe de symétrie du tube 31. D’autres configurations sont toutefois envisageables, notamment avec un axe optique non rectiligne.
Premier mode de réalisation (figure 2a).
[38] Sur la figure 2a, le tube 31 comporte une première extrémité 310 obturée par un moyen de filtration 33 au travers duquel les rayons lumineux 35 pénètrent à l’intérieur dudit tube, et une seconde extrémité 311 , opposée à ladite première extrémité 310. [39] Le tube 31 peut être réalisé en métal, en matériau plastique, en matériau composite, etc. A titre d’exemple, sa longueur est comprise entre 200 mm et 400 mm, son diamètre est compris entre 50 mm et 500 mm et son épaisseur est comprise entre 1 mm et 10 mm.
[40] Dans un mode préféré de réalisation, le moyen de filtration 33 est fixé au niveau de la première extrémité 310 du télescope 30, par exemple par clipsage ou filetage. Dans un autre mode de réalisation, un filtre large bande, par exemple de type Mylar ®, est installé en amont du moyen de filtration, de manière à atténuer la quantité et/ou l’intensité des rayons lumineux 35.
[41] En se rapportant à la figure 5, le moyen de filtration 33 est adapté pour sélectionner simultanément au moins deux et préférentiellement trois raies spectrales, chacune centrée sur une longueur d’onde des rayons lumineux 35 : une première raie spectrale 381 centrée sur une première longueur d’onde ; une deuxième raie spectrale 382 centrée sur une deuxième longueur d’onde ; et une troisième raie spectrale 383 centrée sur une troisième longueur d’onde. Ces raies spectrales sont distantes les unes des autres et/ou ne se chevauchant pas. Les autres longueurs d’onde des rayons lumineux 35 sont arrêtées par le moyen de filtration 33. Chaque raie spectrale 381, 382, 383 est étroite. Préférentiellement, elle correspond à un pic dont la largeur est inférieure ou égale à 3 nm et préférentiellement inférieure ou égale à 0,1 nm.
[42] Selon un mode de réalisation, chaque raie spectrale 381 , 382, 383 correspond au pic d’absorption ou d’émission d’un élément chimique particulier du soleil (ou de l’astre observé). Plus un élément chimique est présent à la surface du soleil et plus son pic d’absorption 381 , 382, 383 est grand.
[43] Selon un mode de réalisation, le moyen de filtration 33 est configuré pour sélectionner des raies spectrales appartenant au spectre de Fraunhofer (ou raies de Fraunhofer) Préférentiellement, le moyen de filtration 33 est configuré pour que la première raie spectrale 381 soit centrée sur la raie spectrale K de Fraunhofer (élément Ca+ longueur d’onde 393,368 nm), que la deuxième raie spectrale 382 soit centrée sur la raie spectrale Di de Fraunhofer (élément Na ; longueur d’onde 589,592 nm), et que la troisième raie spectrale 383 soit centrée sur la raie spectrale C de Fraunhofer (élément Ha ; longueur d’onde 656,281 nm). Ces raies spectrales 381 , 382, 383 sont parfaitement distinctes les unes des autres.
[44] Le moyen de filtration 33 peut être configuré pour sélectionner un nombre inférieur de raies spectrales, par exemple seulement deux raies spectrales, ou un nombre supérieur de raies spectrales, par exemple quatre ou davantage. Comme expliqué plus avant dans la description, le nombre de raies spectrales sélectionnées par le moyen de filtration 33 correspond avantageusement au nombre de couleurs différentes des filtres composant une matrice de Bayer.
[45] Un mode préféré de réalisation du moyen de filtration 33 est illustré sur la figure 4. Ce moyen de filtration 33 comporte un support 330 commun, par exemple réalisé en acier, en carbone, ou dans un matériau plastique. Le support 330 est préférentiellement de forme circulaire mais peut également être de forme carrée, octogonale, ovale, etc. De manière générale, la forme et les dimensions du support 330 sont adaptées à la forme et au diamètre interne du corps creux 31 dans lequel il est positionné.
[46] Sur la figure 4, trois filtres distincts, respectivement 331 , 332 et 333 sont installés sur le support 330, dans le plan de celui-ci. Ces filtres sont ainsi agencés pour être simultanément traversés par les rayons lumineux 35. Chacun de ces filtres est configuré pour ne laisser passer qu’une seule raie spectrale 381 , 382, 383, et peut être considéré comme un filtre passe-bande. Le moyen de filtration 33 formé par la combinaison des différents filtres 331 , 332 et 333, peut alors être assimilé à un filtre multi-passe-bande, de conception simple, robuste et peu onéreux. On comprend que si le moyen de filtration 33 est adapté pour sélectionner simultanément n raies spectrales (n étant un entier supérieur ou égal à 2), alors n filtres distincts seront installés sur le support 330. Ainsi, et comme illustré sur la figure 6, seuls les rayons lumineux filtrés 350 correspondants aux longueurs d’onde sélectionnées vont continuer leur course vers le capteur 34.
[47] Trois aménagements sont prévus dans l’épaisseur du support 330. Chacun de ces aménagements reçoit : un premier filtre 331 adapté pour sélectionner la première longueur d’onde associée à la première raie spectrale 381 ; un deuxième filtre 332 adapté pour sélectionner la deuxième longueur d’onde associée à la deuxième raie spectrale 382 ; et un troisième filtre 333 adapté pour sélectionner la troisième longueur d’onde associée à la troisième raie spectrale 383. Les filtres 331 , 332, 333 sont préférentiellement circulaires, mais pourraient être d’une autre forme, par exemple carré, rectangulaire, ovale, polygonale, etc.
[48] Selon un mode de réalisation, les filtres 331 , 332, 333 recouvrent en partie seulement la surface du support 33. La partie 334 du support 33 qui est non recouverte par les filtres 331, 332, 333 peut être opaque de manière à ne laisser passer aucun rayon lumineux 35. Selon une variante de réalisation, la partie non recouverte 334 peut être réalisée en un matériau transparent ou translucide laissant passer les rayons lumineux 35. Le matériau utilisé peut avantageusement être du Mylar® ou un autre matériau similaire, pour atténuer la luminosité des rayons lumineux qui le traversent.
[49] Selon un autre mode de réalisation, les filtres 331 , 332, 333 recouvrent la totalité de la surface du support 33. Les filtres 331 , 332, 333 peuvent dans ce cas avoir, par exemple, une forme de portion de camembert.
[50] Selon un mode de réalisation, le support 330 comprend plusieurs premiers filtres adaptés pour sélectionner chacun la première longueur d’onde associée à la première raie spectrale 381 , et/ou plusieurs deuxièmes filtres adaptés pour sélectionner chacun la deuxième longueur d’onde associée à la deuxième raie spectrale 382 ; et/ou plusieurs troisièmes filtres adaptés pour sélectionner chacun la troisième longueur d’onde associée à la troisième raie spectrale 383. Ces différents filtres peuvent par exemple être agencés pour recouvrir toute la surface du support 33, ou une partie seulement.
[51] Selon un autre mode de réalisation, le support 330 comprend, en plus du ou des premiers, deuxièmes et troisième filtres précités, d’autres filtres adaptés pour sélectionner chacun une autre longueur d’onde. On peut par exemple prévoir un ou plusieurs filtres adaptés pour sélectionner les infrarouges et/ou un ou plusieurs filtres adaptés pour sélectionner les ultra-violets.
[52] Selon un mode de réalisation, des filtres polarisants (non représentés sur la figure) sont ajoutés derrière les filtres 331 , 332, 333 du moyen de filtration 33.
Ces filtres polarisants peuvent sélectionner l’une des deux polarisations de la lumière. La lumière est une onde décrite par des signaux qui oscillent dans l'espace et le temps. Ces signaux sont les champs électrique et magnétique, d'où le nom d'onde électromagnétique. Ces deux champs ont chacun une direction et sont perpendiculaires l’un à l’autre. En fonction de l’une ou l’autre des polarisations sélectionnées, on peut modifier le contraste et/ou la saturation des couleurs. La polarisation permet de mieux observer la granularité de la surface de l’astre dans une polarisation ou dans une autre.
[53] Chaque filtre 331 , 332, 333 est avantageusement associé à une polarisation différente des autres dits filtres. Par exemple, lorsque le moyen de filtration solaire 33 ne comporte que deux filtres, l’un d’eux est associé à une première polarisation et l’autre est associé à une seconde polarisation. Encore un autre exemple, lorsque le moyen de filtration 33 comporte les trois filtres 331 , 332, 333, le premier est associé à une première polarisation, le deuxième est associé à une deuxième polarisation et le troisième n’est pas associé à une polarisation.
On pourrait également envisager que le troisième filtre solaire soit associé à l’une ou l’autre des polarisations de sorte qu’il y ait deux filtres associés à une polarisation et un filtre associé à une autre polarisation.
[54] Sur la figure 2a, le système optique est formé par un miroir 32 disposé à l’intérieur du tube 31, et centré sur l’axe optique 37. Le miroir 32 est disposé à proximité de la seconde extrémité 311 du tube 31. Il est préférentiellement concave. Sa forme et ses dimensions sont adaptées à celles du tube 31. Les rayons lumineux filtrés 350 sont réfléchis par le miroir 32 de manière à ce qu’ils convergent dans un plan focal 39 où est positionné le capteur 34. Dans ce premier mode de réalisation, le moyen de filtration 33 est disposé en amont du miroir 34, de sorte que les rayons lumineux 35 sont filtrés avant leur convergence dans le plan focal et donc avant la formation de l’image dans ledit plan focal.
[55] Le capteur 34 est centré sur l’axe optique 37, dans le plan focal 39 de manière à acquérir les raies spectrales 381 , 382, 383 des rayons lumineux filtrés 350. Le capteur 34 est un composant photosensible permettant de générer des données (ou signaux électriques) issues de l’acquisition des raies spectrales 381, 382, 383.
[56] Selon un mode préféré de réalisation illustré sur la figure 6, le capteur 34 est un capteur couleur matriciel comprenant une mosaïque 341 de filtres colorés. [57] Ce type de capteur est connu de l’homme du métier. Les filtres colorés sont habituellement disposés sur la surface photosensible 340 du capteur. Cette surface est généralement composée d’une pluralité de pixels photosensibles. Un filtre est placé devant chaque pixel photosensible de sorte que celui-ci ne reçoit que la couleur qui n'est pas absorbée par le filtre. Une mosaïque de filtres colorés connue de l’homme du métier est la mosaïque dite de Bayer, agencée en un dessin de carreaux (un carreau=un filtre) disposés en damier, comprenant 50% de filtres verts, 25% de filtres rouges, et 25% de filtres bleus. Ce dessin est spécialement adapté aux caractéristiques de perception de l'œil humain. Il présente une alternance périodique de filtres colorés de deux couleurs sur chaque ligne, verts et bleus sur une ligne, rouges et verts sur la ligne suivante ; et la même alternance périodique sur les colonnes.
[58] La couleur qualifiant les filtres colorés de la matrice, à savoir « filtres rouges », « filtres verts » ou « filtres bleus » signifie que le filtre coloré en question est conçu pour ne laisser passer qu’une plage de longueur d'ondes correspondant à cette couleur. Cela est illustré sur la figure 7 montrant les courbes de transmission des filtres rouges (R), verts (V) et bleus (B) du capteur 34. On constate sur cette figure que les raies spectrales 381 , 382, 383 sélectionnées par le moyen de filtration 33 sont centrées sur les longueurs d'ondes correspondant aux couleurs des filtres de la matrice 341. De manière générale, le nombre de couleur composant la mosaïque de filtres 341 , correspond au nombre de raies spectrales 381, 382, 383 sélectionnées par le moyen de filtration solaire 33. Aussi, si le moyen de filtration 33 ne sélectionne que deux raies spectrales, les filtres colorés de la mosaïque peuvent n’être que de deux couleurs.
[59] Selon un mode de réalisation, la matrice peut également comprendre des pixels non recouverts de filtres et/ou des pixels recouverts de filtres ne laissant passer que les infrarouges et/ou les ultraviolets. Ce mode de réalisation convient notamment lorsque le moyen de filtration 33 est adapté pour sélectionner d’autres les raies spectrales, notamment centrées dans les infrarouges et/ou les ultraviolets.
[60] Le capteur couleur matriciel 34 a comme principaux avantage d’être relativement bon marché et d’avoir des dimensions réduites. On peut donc l’installer aisément dans le tube creux 31 et ce, sans perte de place. De plus, ce type de capteur permet d’éviter un post traitement de l’image puisque la couleur de ses pixels est automatiquement donnée par ledit capteur.
[61] Avec un capteur couleur matriciel à filtres colorés, chaque pixel photosensible fournit un signal électrique provenant des rayons filtrés 350, dans la couleur que laisse passer le filtre coloré associé. Chaque signal électrique reste associé au pixel photosensible 21 qui l'a généré, et donc à une position bien définie sur la matrice, ce qui permet de constituer une image de l’astre observé grâce à un traitement d'image. Ce traitement d'image est préférentiellement configuré dans un mode automatique couramment appelé « balance du blanc automatique » ou AWB (de l'anglais « Automatic White Balance »). Généralement, un algorithme AWB moyenne et corréle les valeurs des pixels sur chaque canal (rouge, vert et bleu) de l'image capturée.
[62] En se rapportant à la figure 6, le traitement d’image est préférentiellement réalisé par unité électronique 36 connectée au capteur 34. La connexion entre le capteur 34 et l’unité 36 peut être réalisée de manière filaire ou sans fil, par exemple au moyen d’un protocole de communication de proximité, tel qu’à titre d’exemple non limitatif, le protocole Bluotooth®, Wifi®, Zigbee®.
[63] L’ unité 36 est adaptée pour traiter les premières données issues de l’acquisition de la première raie spectrale 381 (ex : acquise par les pixels photosensibles associés aux filtres bleus de la matrice 341), les deuxièmes données issues de l’acquisition de la deuxième raie spectrale 382 (ex : acquise par les pixels photosensibles associés aux filtres verts de la matrice 341 ) et les troisièmes données issues de l’acquisition de la troisième raie spectrale 383 (ex : acquise par les pixels photosensibles associés aux filtres rouge de la matrice 341). L’unité 36 combine les résultats de ces traitements afin de générer une seule image combinant les résultats des premières données traitées, des deuxièmes données traitées et des troisièmes données traitées.
[64] Sur la figure 6, les différentes données sont transmises à l’unité 36 par une connexion ou canal de communication 351.
[65] L’unité de traitement 36 peut également être configurée pour séparer chaque partie de l’image acquise par le capteur 34 de sorte que l’image de l’astre affichée sur l’écran 40 montre la répartition de l’élément chimique correspondant à la première raie spectrale 381 et/ou la répartition de l’élément chimique correspondant à la deuxième raie spectrale 382 et/ou la répartition de l’élément correspondant à la troisième raie spectrale 383. Une touche dédiée installée sur le télescope 30 peut par exemple être prévue pour permettre à l’utilisateur de sélectionner le type d’image à afficher sur l’écran 40 : une image montrant la disposition d’un seul élément chimique, ou une image combinant la disposition de deux ou plusieurs éléments chimiques. En d’autres termes, l’utilisateur peut combiner les images ou en sélectionner une en particulier.
[66] De manière plus générale, si le moyen de filtration 33 sélectionne n raies spectrales (n étant un entier > 2), le capteur 34 transmet à l’unité 36 n données distinctes issues de l’acquisition desdites raies. Et l’unité 36 traite ces n données et combine les résultats de ces n données traitées. L’utilisateur peut visualiser une image ou n images en fonction de ce qu’il souhaite observer.
[67] Les objets du ciel profond, et en particulier les nébuleuses ou les galaxies, sont très peu lumineux. C’est pourquoi, de mauvaises conditions peuvent altérer son observation. Notamment si l’utilisateur est situé dans ou à proximité d’une ville, la pollution lumineuse de celle-ci altère l’observation à cause d’une forte diminution du contraste. Mais les éléments du ciel profond émettent certaines raies spectrales particulières qui leurs sont caractéristiques. L’utilisation du moyen de filtration 33 permet de sélectionner n raies spectrales des rayons lumineux 35 émis par les objets du ciel profond. L’unité de traitement 36 peut alors être adaptée pour augmenter le contraste correspondant à chacune desdites raies.
[68] Selon un mode de réalisation, l’unité électronique 36 comprend un calculateur 360 se présentant sous la forme d’un processeur, microprocesseur, CPU (pour Central Processing Unit), une carte mémoire et de manière générale comprend les ressources informatiques permettant d’assurer le traitement des signaux électriques reçus du capteur 34 pour la formation d’une image numérique du soleil. Ces composants sont préférentiellement montés sur une carte électronique 361 . La carte 361 permet de regrouper en un seul endroit, et sur un seul support, tous les composants électroniques de l’unité de traitement 36. Cette conception permet de minimiser le nombre de cartes électroniques intégrées dans le télescope 30, et de réduire le nombre de câblages. En outre la fabrication de l’unité de traitement 36, son installation dans le télescope 30 et, le cas échéant, sa maintenance s’en trouvent grandement facilité.
[69] L’écran 40 peut être fixé sur la carte 361 de manière à ce que l’unité de traitement 36 et ledit écran forment un ensemble monobloc facilement manipulable. Dans ce cas, on utilise avantageusement un écran plat, par exemple un écran polychrome à cristaux liquides LCD (pour Liquid Crystal Display) ou OLED (pour Organic Light-Emitting Diode).
[70] Selon un autre mode de réalisation, l’écran 40 est disjoint de l’unité de traitement 36 et de la carte électronique 361. Il est physiquement distant du tube 31 . Dans ce mode de réalisation, l’écran 40 peut être celui d’un terminal mobile de l’utilisateur, par exemple l’écran d’un Smartphone (téléphone intelligent) ou d’une tablette tactile. La connexion entre l’unité de traitement 36 et l’écran 40 peut être réalisée via une liaison filaire (par exemple au moyen d’un câble USB) ou via une liaison sans fil, par exemple selon un protocole de communication de proximité, tel qu'à titre d'exemple non limitatif, le protocole Bluetooth®, Wifi®, ZigBee®. Ce mode de réalisation permet de réduire la compacité du télescope 30, puisque l’encombrement de l’écran 40 n’est pas pris en compte.
Deuxième mode de réalisation (figure 2b).
[71] Comparé au mode de réalisation de la figure 2a, le système optique de la figure 2b comprend une lentille 320 disposée à l’intérieur du tube 31 et centrée sur l’axe optique 37.
[72] Les rayons lumineux filtrés 350 sont réfractés par la lentille 320 vers le capteur 34. La forme et les dimensions de ladite lentille sont adaptées à celles du tube 31. Le fonctionnement du télescope 30 est identique à celui décrit en référence au premier mode de réalisation.
[73] Ce mode de réalisation permet à l’homme du métier d’envisager une autre alternative de montage du télescope 30 en fonction du système optique à sa disposition.
Troisième mode de réalisation (fiqure 3a). [74] Dans le mode de réalisation de la figure 3a, le moyen de filtration 33 est disposé entre le miroir 32 et le capteur 34. Les dimensions du moyen de filtration 33 peuvent alors être plus réduites comparées aux modes de réalisation précédents, réduisant de fait la compacité du télescope 30 ainsi que les coûts de fabrication.
[75] Les rayons lumineux 35 sont ici filtrés après qu’ils commencent à converger vers le plan focal, c’est-à-dire pendant la formation de l’image dans ledit plan focal. En d’autres termes, l’image est en court de formation lorsque les rayons lumineux 35 atteignent le moyen de filtration 33.
[76] En utilisant un moyen de filtration 33 du type décrit en référence à la figure 4, certaines rayons 350 peuvent traverser seulement le premier filtre 331 , ou seulement le deuxième filtre 332 ou seulement le troisième filtre 333. Il existe donc un risque que l’image finale générée par l’unité de traitement 36 ne montre pas la disposition des éléments chimiques sur la totalité de la surface de l’astre observé, mais sur une partie seulement de celle-ci (la partie de l’image en court de formation dont les rayons traversent le premier filtre 331 , le deuxième filtre 332 ou le troisième filtre 333).
[77] Pour remédier à cela, le moyen de filtration 33 est avantageusement disposé à une distance d’au moins 1 cm du capteur 34. En effet, la demanderesse a pu constater que cette disposition particulière permettait d’atténuer les effets de sélection spatiale décrits au paragraphe précédent.
Quatrième mode de réalisation (figure 3b).
[78] Comparé au mode de réalisation de la figure 3a, le système optique de la figure 3b comprend une lentille 320 disposée à l’intérieur du tube 31 et centrée sur l’axe optique 37.
[79] Les rayons lumineux 35 sont réfractés par la lentille 320 avant d’être filtrés par le moyen de filtration 33 et de converger vers le capteur 34. La forme et les dimensions de ladite lentille sont adaptées à celles du tube 31. Le fonctionnement du télescope 30 est identique à celui décrit en référence au troisième mode de réalisation. [80] Ce mode de réalisation permet à l’homme du métier d’envisager une autre alternative de montage du télescope 30 en fonction du système optique à sa disposition.
[81] Une ou plusieurs caractéristiques exposées seulement dans un mode de réalisation peuvent être combinées avec une ou plusieurs autres caractéristiques exposées seulement dans un autre mode de réalisation. L’agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de l’invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. D’autres variantes peuvent être prévues et notamment :
- Le système optique 32, 320 du télescope 30 n’est pas nécessairement constitué que d’une lentille 320 ou d’un miroir primaire 32 unique mais peut également comporter un miroir secondaire en plus du miroir primaire.
- Le moyen de filtration 33 n’est pas nécessairement constitué de trois filtres 331 , 332, 333 mais peut également se présenter sous la forme d’un seul filtre multi- passe-bande.
- Un capteur 34 de couleur matriciel formé de filtres colorés autres que des filtres rouges, verts et bleus (par exemple des filtres magentas, cyans et jaunes) peut être envisagé. Le choix des couleurs dépend notamment des raies spectrales sélectionnées par le moyen de filtration 33.
- D’autres types de capteurs 34 peuvent être envisagés. Par exemple un capteur de type CCD, CMOS, ou Foveon, de couleur ou noir et blanc.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé pour générer une image d’un astre, comportant les étapes consistant à :
- filtrer les rayons lumineux (35) issus de l’astre de manière à sélectionner au moins une raie spectrale centrée sur une longueur d’onde desdits rayons lumineux,
- faire converger les rayons lumineux (35) dans un plan focal (39),
- générer des données issues d’une acquisition de la raie spectrale,
- traiter lesdites données pour générer une image de l’astre sur un écran
(40), caractérisé en ce que l’étape de filtration des rayons lumineux (35) consiste à: sélectionner simultanément au moins une première raie spectrale (381) centrée sur une première longueur d’onde des rayons lumineux (35) et une deuxième raie spectrale (382) centrée sur une deuxième longueur d’onde desdits rayons lumineux (35) et arrêter les autres longueurs d’onde desdits rayons lumineux, ladite première raie et ladite deuxième raie étant distantes et/ou ne se chevauchant pas.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , comprenant les étapes consistant à :
- générer des premières données issues de l’acquisition de la première raie spectrale (381) et des deuxièmes données issues de l’acquisition de la deuxième raie spectrale (382),
- traiter les premières données et les deuxièmes données et combiner les résultats desdits traitements afin de générer une seule image combinant les résultats des premières données traitées et des deuxièmes données traitées.
[Revendication 3] Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, consistant à sélectionner, simultanément à la première raie spectrale (381), et à la deuxième raie spectrale (382), une troisième raie spectrale (383) centrée sur une troisième longueur d’onde des rayons lumineux (35), ladite première raie, ladite deuxième raie et ladite troisième raie étant distantes et/ou ne se chevauchant pas.
[Revendication 4] Procédé selon les revendications 2 et 3, comprenant les étapes consistant à : - générer des troisièmes données issues de l’acquisition de la troisième raie spectrale (383),
- traiter les premières données, les deuxièmes données et les troisièmes données et combiner les résultats desdits traitements afin de visualiser une seule image combinant les résultats des premières données traitées, des deuxièmes données traitées et des troisièmes données traitées.
[Revendication 5] Appareil optique (30) pour l’observation d’un astre, caractérisé en ce que ledit appareil est adapté pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, ledit appareil comportant :
- un corps creux (31 ) à l’intérieur duquel pénètrent, en usage, des rayons lumineux (35) issus de l’astre,
- un moyen de filtration (33), positionné dans le corps creux (31 ), adapté pour sélectionner au moins une raie spectrale centrée sur une longueur d’onde des rayons lumineux (35),
- un système optique (32, 320) positionné dans le corps creux (31 ), pour faire converger les rayons lumineux (35) dans un plan focal (39),
- un capteur (34) positionné dans le plan focal (39), pour générer des données issues de l’acquisition de la raie spectrale,
- une unité électronique (36) de traitement d’image connectée au capteur (34), laquelle unité est adaptée pour traiter les données du capteur (34) et générer une image de l’astre sur un écran (40), et dans lequel le moyen de filtration (33) est adapté pour sélectionner simultanément au moins une première raie spectrale (381) centrée sur une première longueur d’onde des rayons lumineux (35) et une deuxième raie spectrale (382) centrée sur une deuxième longueur d’onde desdits rayons lumineux et arrêter les autres longueurs d’onde desdits rayons lumineux, ladite première raie et ladite deuxième raie étant distantes et/ou ne se chevauchant pas.
[Revendication 6] Appareil (30) selon la revendication 5, dans lequel :
- le capteur (34) est adapté pour transmettre, à l’unité électronique (36) : o des premières données issues de l’acquisition de la première raie spectrale (381) et, o des deuxièmes données issues de l’acquisition de la deuxième raie spectrale (382), - l’unité électronique (36) est adaptée pour traiter les premières données et les deuxièmes données et combiner les résultats desdits traitements afin de générer une seule image combinant les résultats des premières données traitées et des deuxièmes données traitées.
[Revendication 7] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 et 6, dans lequel le moyen de filtration (33) est adapté pour sélectionner, simultanément à la première raie spectrale (381) et à la deuxième raie spectrale (382), une troisième raie spectrale (383) centrée sur une troisième longueur d’onde des rayons lumineux (35), ladite première raie, ladite deuxième raie et ladite troisième raie étant distantes et/ou ne se chevauchant pas.
[Revendication 8] Appareil (30) selon les revendications 6 et 7, dans lequel :
- le capteur (34) est en outre adapté pour transmettre, à l’unité électronique (36), des troisièmes données issues de l’acquisition de la troisième raie spectrale (383) et,
- l’unité électronique (36) est adaptée pour traiter les premières données, les deuxièmes données et les troisièmes données et combiner les résultats desdits traitements afin de visualiser une seule image combinant les résultats des premières données traitées, des deuxièmes données traitées et des troisièmes données traitées.
[Revendication 9] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 8, dans lequel le moyen de filtration (33) est configuré pour que la première raie spectrale (381), la deuxième raie spectrale (382) et la troisième raie spectrale (383) soient des raies spectrales appartenant au spectre de Fraunhofer.
[Revendication 10] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 9, dans lequel le moyen de filtration (33) est configuré pour que la première raie spectrale (381) corresponde à la raie spectrale K de Fraunhofer.
[Revendication 11] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 10, dans lequel le moyen de filtration (33) est configuré pour que la deuxième raie spectrale (382) corresponde à la raie spectrale Di de Fraunhofer.
[Revendication 12] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 11 prise en combinaison avec la revendication 7, dans lequel le moyen de filtration (33) est configuré pour que la troisième raie spectrale (383) corresponde à la raie spectrale C de Fraunhofer. [Revendication 13] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 12, dans lequel le moyen de filtration (33) comprend un support commun (330) sur lequel sont installés un nombre entier n de filtres (331 , 332, 333) distincts les uns des autres, n correspondant au nombre de raies spectrales à sélectionner.
[Revendication 14] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 13, dans lequel le système optique (32, 320) comprend au moins un miroir (32) adapté pour faire converger les rayons lumineux (35) vers le capteur (34), le moyen de filtration (33) étant disposé entre ledit miroir et ledit capteur.
[Revendication 15] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 13 dans lequel le système optique (32, 320) comprend au moins une lentille (320) adaptée pour faire converger les rayons lumineux (35) vers le capteur (34), le moyen de filtration (33) étant disposé entre ladite lentille et ledit capteur.
[Revendication 16] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 15, dans lequel :
- le capteur (34) est un capteur couleur matriciel formé d'une mosaïque (341) de filtres colorés (341 ),
- les raies spectrales (381 , 382, 383) sélectionnées par le moyen de filtration (33) ont des longueurs d'ondes comprises dans le spectre des filtres colorés du capteur (34).
[Revendication 17] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 16, dans lequel le moyen de filtration (33) est positionné avant le système optique (32, 320).
[Revendication 18] Appareil (30) selon l’une des revendications 5 à 16, dans lequel le moyen de filtration (33) est positionné entre le système optique (32, 320) et le capteur (34).
[Revendication 19] Appareil (30) selon la revendication 18, dans lequel le moyen de filtration (33) est disposé à une distance d’au moins 1 cm du capteur (34). !
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