Brevet FR2134497A1 — publié le 19721208

L'invention se rapporte à un dispositif d'exploration optique et en particulier à un dispositif de visualisation infrarouge pouvant être utilisé dans un avion en vol pour effectuer une exploration transversale, continuellement répétée, du ter-5 rain survolé. Les avantages de l'utilisation en reconnaissance aérienne de longueurs d'ondes infrarouges sont bien connus et il faut habituellement utiliser un moyen de conversion de radiations infrarouges en radiations visibles perceptibles par l'observa-10 teur. On connaît des détecteurs permettant de convertir de 1* é-nergie infrarouge en énergie électrique et, en projetant les radiations d'une scène observée sur une mosaïque de tels détecteurs on peut théoriquement obtenir un ensemble de signaux électriques convertibles en image continue de ladite scène. La tech-15 nique n'a toutefois pas été développée, en pratique, jusqu'au point où des mosaïques de détecteurs sans défauts puissent être fabriquées avec fiabilité. La reproduction des signaux électriques présente donc des difficultés. Si la mosaïque doit être multiplexée, l'utilisation du détecteur est extrêmement peu 20 efficace, à moins qu'on ait prévu une accumulation du signal électrique, avec la complexité de circuit que cela implique, tandis que, si on cherche à faire une lecture et une visualisation parallèles de la mosaïque, la complexité que cela implique est comparable à celle d'un système multiplex. 25 Une variante du système à mosaïque de détecteurs consiste en un système dans lequel la scène ou le champ d'observation utilise en temps partagé un détecteur unique à l'aide d'un dispositif d'exploration opto-mécanique. L'utilisation d'un détecteur unique en temps partagé, avec l'emploi d'un dispositif 30 d'exploration de surface, est très efficace, tout au moins en ce qui concerne l'utilisation du détecteur, maïs l'emploi d'un seul détecteur ne procure pas la même sensibilité et la même résolution qu'un système à détecteurs multiples. Un système d'exploration optique conforme à l'invention offre un compromis 35 entre la complexité du système multiplex et la sensibilité du système à temps partagé. Le terme "lumière" est utilisé au cours de cette description dans un sens général qui inclut la lumière invisible aussi bien que la lumière visible, avec des longueurs d'ondes théori 72 14665 2 2134497 ques diverses et provenant de sources rayonnantes diverses. Un dispositif d'exploration optique conforme à l'invention comporte un réflecteur de lumière monté rotatif et possédant une pluralité de surfaces réfléchissantes faisant toutes face à l'axe 5 de r'otation; intersectées par un plan commun de rotation autour dudit axe de rotation, ainsi que des moyens optiques montés fixement dans les limites optiques du réflecteur afin de diriger, en séquence pendant la rotation, la lumière qu'ils reçoivent de l'extérieur des limites optiques du réflecteur vers chacune des 10 surfaces réfléchissantes, puis vers l'extérieur des limites optiques du réflecteur, et un réseau linéaire de détecteurs de lumière montés fixes à l'extérieur des limites optiques du réflecteur afin de recevoir, comme effet de la rotation du réflecteur, la lumière réfléchie par les balayages successifs dudit réseau 15 linéaire. Dans un mode de réalisation préféré, lesdites surfaces réfléchissantes définissent ensemble un polyèdre régulier et chacune d'elles est plane et parallèle à l'axe de rotation. Toutefois, lorsqu'il est désirable d'obtenir, par exemple, une ex-20 ploration entrelacée du réseau de détecteurs, chacune desdites surfaces réfléchissantes peut être plane et légèrement inclinée sur l'axe de rotation, l'inclinaison desdites surfaces sur l'axe étant successivement dans des sens opposés. Dans le mode de réalisation préféré, lesdits moyens opti-25 ques comportent un premier élément réfléchissant positionné de façon à orienter la lumière qu'il reçoit de l'extérieur des limites optiques du réflecteur, dans une direction perpendiculaire' à l'axe de rotation, vers chacune desdites surfaces réfléchissantes, un second élément réfléchissant positionné de façon à 30 orienter la lumièr.e réfléchie par chacune desdites surfaces réfléchissantes dans une direction, perpendiculaire à l'axe de rotation, différente et un troisième élément réfléchissant positionné de façon à orienter la lumière réfléchie par le second élément réfléchissant vers le réseau linéaire de détecteurs de 35 lumière. Le second élément réfléchissant est, en particulier, placé sur le chemin optique, entre le premier élément réfléchissant et lesdites surfaces réfléchissantes du réflecteur, et il occupe dans la section transversale du chemin optique une superficie restreinte telle que la lumière qui tombe sur l'une ou 72 14665 2134497 l'autre des surfaces réfléchissantes n'est pratiquement pas obscurcie. Cela signifie que la quantité de lumière interceptée par le second élément réfléchissant est si faible par rapport à la totalité de la lumière transmise, qu'il n'en résulte pra-5 tiquement aucune diminution dans la précision et l'efficacité de la sortie des détecteurs. Les moyens optiques comportent préférablement un élément qui a pour effet de faire tomber la lumière en faisceau convergent sur chacune desdites surfaces réfléchissantes et le second élément réfléchisseur de lumière 10 peut, avantageusement, être monté sur l'élément de concentration du faisceau. Dans le mode de réalisation préféré, le second élément réfléchissant est constitué par une portion de la surface intérieure réfléchissante d'un cylindre dont l'axe central est 15 contenu dans un plan perpendiculaire audit axe de rotation. Dans le dispositif d'exploration optique conforme à l'invention, conçu de manière à être utilisé spécifiquement comme partie d'un dispositif de production d'image infrarouge, les détecteurs de lumière constituant le réseau linéaire répondent à 20 la lumière dans la bande infrarouge, ledit réflecteur est capable de réfléchir une telle lumière, et lesdits moyens optiques ne transmettent aux détecteurs que de la lumière de la bande infrarouge. Un dispositif de génération d'image infrarouge conforme à l'invention comporte l'appareil d'exploration optique 25 au'on vient de mentionner en combinaison avec un réseau linéaire de diodes émettrices de liimière visible positionné de façon à orienter la lumière qu'elles émettent, en séquence pendant la l'otation du réflecteur, vers chacune desdites surfaces réfléchissantes, et des moyens électriques servant à coupler les sor-50 ties des détecteurs de lumière aux entrées correspondantes des diodes émettrices de lumière de façon à ce que ces dernières reproduisent en lumière visible la lumière infrarouge reçue par lesdits moyens optiques. Un appareil de production d'image infrarouge préféré conforme à l'invention comporte des moyens pour 35 effectuer le balayage en lumière visible en correspondance avec les balayages successifs du réseau linéaire de détecteurs de lumière, à des fins de visualisation. On va maintenant décrire un mode de réalisation préféré de l'invention, à titre d'exemple, et avec référence aux dessins 72 14665 2134497 ci-annexés sur lesquels : - la figure 1 est un block-diagramme d'un dispositif de génération d'image infrarouge conforme à l'invention; la figure 2 représente schématiquement l'entrée, le système 5 d'exploration et l'optique de sortie du dispositif; - la figure 3 représente schématiquement l'optique de visualisation utilisée dans le dispositif; et - la figure 4- est une vue perspective des composants principaux du dispositif et de leur disposition. En se référant au schéma de la figure 1, une radiation 10 infrarouge provenant d'une source telle que la scène se trouvant dans le champ d'observation d'un système de génération d'image, est transmise par l'intermédiaire d'une optique d'entrée 10 à un dispositif d'exploration optique 12 qui comporte un explorateur à prisme rotatif 14 et une optique de sortie 15. L'optique de sor-15 tie 15 comporte un réseau linéaire de détecteurs qui sont refroidis au moyen d'un dispositif d'alimentation en réfrigérant afin de rendre l'opération plus efficace. L'exploration 14- fonctionne en combinaison avec les optiques 12 et 15 afin d'effectuer un balayage transversal du réseau linéaire de détecteurs par l'image 20 du champ d'observation et il fournit, par l'intermédiaire du câble 17, un ensemble de sorties variables à un dispositif de traitement de signal 20, comportant une pluralité de filtres, d'amplificateurs, et d'autres circuits spécialisés appropriés. Les signaux sont transmis après traitement, par l'intermédiaire du 25 câble 21, à un dispositif de visualisation 22. Le synchronisme nécessaire au fonctionnement du dispositif d'exploration 12 et à celui du dispositif de visualisation 22 est représenté sur la figure 1 par la ligne en traits interrompus 23j et les moyens permettant de réaliser- cette synchronisation seront décrits plus 30 loin. La figure 2 représente le chemin suivi par la radiation infrarouge à travers le montage optique 10, 12 de la figure 1, les changements de direction produits par les miroirs ayant été omis par souci de clarté. 35 Les lentilles peuvent être, à la volonté du projecteur, des éléments simples ou composites, et la figure 2 ne constitue à cet égard qu'un exemple. En se référant à ladite figure 2, de l'énergie infrarouge collimatée provenant d'une scène est reçue 72 14665 2134497 par un objectif composite à lentilles 30 (composé des lentilles 30a et 30b) qui produit une première image réelle dans le plan d'un limiteur de champ 31 • Une lentille de champ 32 (facultative) est placée entre l'objectif à lentilles 30 et un premier miroir 5 de déflection 33• Après réflexion sur le premier miroir de dé-flection 33» la radiation passe à travers un premier relais composite à lentilles 34- (composé des lentilles 34a et 34b) et tombe sur un miroir prismatique rotatif 35» constituant l'élément principal de l'explorateur 14 de la figure 1, qui sera décrit plus 10 loin en détails et par lequel la radiation est réfléchie sous forme d'une seconde image réelle produite par le premier relais à lentilles 34-, sur un étroit "miroir en bande" 36. La radiation est réfléchie par le "miroir en bande" 3° vers un second miroir de déflection 37» puis passe à travers un second relais à len-25 tilles 4-0 qui produit une troisième image réelle dans le plan d'un réseau linéaire de détecteurs 4-1 sensibles aux radiations infrarouges. Toutes les lentilles mentionnées ci-dessus sont réalisées en germanium ou en tout autre matériau transparent pour les radiations de la bande infrarouge. Tous les miroirs men-20 tionnés ci-dessus, sont de même capables de réfléchir les radiations de la bande infrarouge. L'ensemble des détecteurs 4-1 fournit des sorties sur un ensemble correspondant de conducteurs électriques 4-2 qui constituent le câble de sortie 17 représenté sur la figure 1. La figure 3 représente la disposition préférée et la com-2^ position du dispositif de visualisation 22 représenté sur la figure 1, dans lequel le câble de sortie 21 du processeur de signal 20 comporte une pluralité de conducteurs électriques 4-3» égaux en nombre à ceux du câble 17» En se référant à la figure 3, l'ensemble des conducteurs 43 est connecté à un ensemble 30 correspondant de diodes émettrices de lumière- 44, dont le nombre et la disposition correspondent aux détecteurs 41 représentés sur la figure 2. Une lentille 45 projette l'image de l'émission de lumière des diodes 44 sur un écran d'observation 46. En passant des diodes 44 à la lentille 45, la radiation émise en lu-35 mière dans la bande visible est réfléchie par le miroir prismatique rotatif 35» en passant à travers la lentille 45, jusqu'à un miroir de déflection 47 par lequel elle est orientée vers l'écran 46. On obtient ainsi un contrôle, en vision directe ou en télévision, de l'explorateur 14 de la figure 1. 72 14665 6 2134497 En se référant à la figure 4, l'explorateur 14 y est représenté sous une forme comportant un prisme réfléchissant, creux intérieurement, ou tambour 50 dont la section transversale est un polygone régulier, et portant dans cette réalisation douze 5 surfaces 35 réfléchissantes vers l'intérieur. Le nombre de surfaces du prisme ou tambour est affaire de choix pour le projecteur, et peut être pair ou impair. Par exemple, dans un mode de réalisation préféré non représenté sur les dessins, le nombre de surfaces réfléchissantes 35 est de seize. 10 Le prisme ou tambour 50 est monté sur un support de rota- . tion (non représenté) autour d'un axe 51 perpendiculaire au plan du polygone et passant par son centre. Les surfaces 35 sont toutes disposées dans des plans parallèles à l'axe 51'» On peut utiliser une légère déviation par rapport à cette disposition pa-25 rallèle des surfaces 35 afin d'engendrer, si on le désire, des lignes d'exploration entrelacées. N'importe quel moteur à vitesse constante de puissance suffisante peut être utilisé pour l'entraînement en rotation du prisme ou tambour 50, par l'intermédiaire d'un engrenage, d'une courroie ou de tout autre système 20 de transmission mécanique.. Les miroirs 33 et 37» le relais à lentilles 34, et le miroir en bande 36, représentés schématiquement sur la figure 2, sont contenus dans le volume du tambour 50. Ces éléments sont tous montés sur un support fixe (non représenté) de telle façon 25 que le tambour 50 puisse tourner autour et par rapport à eux. La radiation de la scène en cours d'observation atteint l'instrument dans une direction parallèle à l'axe de rotation 51 et passe à travers les lentilles 30a et 30b, composant l'objectif composite à lentilles 30, puis à travers la lentille de champ 32, 20 pour former une"image sur le limiteur de champ 31. Cette image est ensuite réfléchie par le premier miroir de déflection 33 dans une direction diamétrale du tambour, vers le premier relai composite à lentilles 34, lequel produit, du fait de la réflec-tion vers l'arrière, le long de sa trajectoire originelle de la radiation sur une surface réfléchissante 35 du tambour 50, une seconde image sur le miroir en bande 36. Le miroir en bande 36 est disposé le long de l'axe 51» et est très étroit afin de réduire, autant que possible, l'obscurcissement de la radiation passant de la lentille 34 sur les sur 72 14665 7 2134497 faces réfléchissantes 35 du tambour 50. Le miroir en bande 36 affecte ln forme d'une surface cylindrique dont l'axe est contenu dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 51 du tambour 50, la surface réfléchissante du miroir en bande 36 étant tan-5 gente à l'axe 51« Tel qu'il est représenté sur la figure 2, le miroir en bande 51 possède une faible courbure pour corriger l'incurvation de champ produite par les autres éléments optiques du dispositif. Le miroir en bande 36 est orienté de telle façon que la radiation qu'il réfléchit se propage vers 1'exté-10 rieur, en suivant un rayon du tambour 50 différent de celui en suivant lequel elle avait été reçue par le miroir 36, vers le miroir de déflection 37» lequel réfléchit ladite radiation en dehors des limites du tambour d'exploration 50. La lentille-relais 4-0 de l'optique de sortie 16 reforme une image de la ra-15 diation sur le réseau linéaire de détecteurs 41 placé très en dehors des confins du tambour 50. Pendant le fonctionnement, l'image de la scène balaye transversalement le réseau linéaire de détecteurs 41 avec ce que l'on pourrait appeler un mouvement de peigne et autant de 20 fois, par révolution du tambour 50, que celui-ci possède de "surfaces réfléchissantes internes 350 Pendant chaque balayage, ou exploration, chacun des détecteurs 41 engendre un signal de sortie qui varie de manière continue en fonction de l'irradiation par la scène du détecteur 41. 25 Les signaux de sortie des détecteurs 41 sont transmis, par l'intermédiaire du câble 17» à un processeur de signal 20 dans lequel ils sont traités de façon appropriée par amplification et filtrage, avant d'être transmis, par l'intermédiaire du câble 21, au réseau linéaire de diodes émettrices de lumière 44 disposées le long de l'axe 51. La lumière visible engendrée par les diodes 44 est réfléchie par chacun des miroirs 35 portés par le tambour et pratiquement en séquence suivant la rotation du tambour 50, vers le miroir de déflection 47 et de là vers la lentille 45. d'une caméra de télévision 52, ladite lentille 45 focalisant la 35 lumière sur la cible du tube de la caméra pour permettre la visualisation de la scène sur un récepteur de télévision 53. Une lentille-relais analogue à la lentille 34 peut être utilisée à la place de la lentille 45 ou associée avec elle 30 72 14665 8 2134497 REVZLIDI CÀ TIOÎTS 1 - Dispositif d'exploration optique comportant un réflecteur de lumière monté en rotation autour d'un axe et possédant une .pluralité de surfaces réfléchissantes faisant toutes face à l'axe de rotation, intersectées par un plan commun de rotation 5 autour dudit axe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens optiques (14) montés fixes dans les limites optiques du réflecteur afin de diriger pendant la rotation et en séquence, la lumière qu'ils reçoivent de l'extérieur des limites optiques du récepteur d'abord vers chacune des surfaces réfléchissantes (35)j 10 puis ensuite en dehors des limites optiques du récepteur, et un réseau linéaire de détecteurs de lumière (41) monté fixe à l'intérieur des limites optiques du réflecteur, afin de recevoir, par l'effet de la rotation dudit réflecteur, la lumière réfléchie par les moyens optiques (14) en balayages successifs dudit 15 réseau linéaire. 2 - Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chacune desdites surfaces réfléchissantes (35) est plane et parallèle à l'axe de rotation» 3 - Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé 20 en ce que lesdites surfaces réfléchissantes (35) définissent ensemble un polyèdre régulier. 4 - Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chacune desdites surfaces réfléchissantes (35) est plane et légèrement inclinée par rapport à l'axe de rotation, 25 l'inclinaison desdites surfaces sur l'axe étant successivement dans des sens opposés. 5 - Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens optiques (14) comportent un élément (34) qui à pour effet de faire tomber la lumière en 30 faisceau convergent sur chacune desdites surfaces réfléchissantes. -6 - Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 5» caractérisé en ce que les moyens optiques (14) comportent un premier élément réfléchissant (33) positionné de façon à orien-35 ter la lumière qu'il reçoit de l'extérieur des limites optiques du réflecteur, dans une direction perpendiculaire à l'axe de rotation, vers chacune desdites surfaces réfléchissantes (35)» 72 14665 9 2134497 un second élément réfléchissant (36) positionné de façon à orienter la lumière réfléchie par chacune desdites surfaces réfléchissantes (35) dans une direction perpendiculaire à l'axe de rotation et différente, et un troisième élément réfléchissant (37) positionné de façon à orienter la lumière réfléchie par le second élément réfléchissant vers le réseau linéaire de détecteurs de lumière (4-1). 7 - Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le second élément réfléchissant (36) est placé sur le chemin optique, entre le premier élément réfléchissant (33) et lesdites surfaces réfléchissantes (35) du réflecteur, et occupe dans la section transversale dudit chemin optique une superficie telle que la lumière tombant sur chacune desdites surfaces réfléchissantes ne subisse pratiquement aucun obscurcissement. 8 - Dispositif conforme à l'une des revendications 6 et 7» caractérisé en ce que le second élément réfléchissant (36) est constitué par une portion de la surface interne réfléchissante d'un cylindre dont l'axe central se trouve dans un plan perpendiculaire audit axe de rotation. 9 - Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réflecteur de lumière est constitué par un tambour (50) a l'intérieur duquel sont placés les éléments desdits moyens optiques. 10. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 9» caractérisé en ce que les détecteurs de lumière qui forment le réseau linéaire (4-1) sont sensibles à la lumière dans la bande infrarouge, ledit réflecteur est capable de réfléchir une telle lumière, et lesdits moyens optiques (14-) ne transmettent aux détecteurs que la lumière de la bande infrarouge. 11 - Dispositif producteur d'image infrarouge comportant un dispositif conforme à la revendication 11 en combinaison avec un réseau linéaire de diodes émettrices de lumière visible (44-) positionné de façon à orienter la lumière émise par celles-ci, en séquence pendant la rotation du réflecteur, vers chacune desdites surfaces réfléchissantes, et des moyens électriques (20) pour coupler les sorties des détecteurs de lumière aux entrées correspondantes des diodes émettrices de lumière de façon à ce que ces dernières reproduisent en lumière visible la lumière infrarouge reçue par lesdits moyens optiques. 72 14665 io 2134497 12 - Dispositif conforme à la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (52, 55) pour former à partir des balayages de lumière visible, correspondant aux balayages successifs du réseau linéaire de détecteurs de lumière (41), une image de visualisation,,