Brevet FR2275089A1 — publié le 19760109

La présente invention se rapporte à des dispositifs de balayage à rayonnement électromagnétique destinés notamment, mais de façon non limitative, à des systèmes de surveillance. L'exemple décrit ci-après est destiné aux systèmes de surveillance. Dans certains types de systèmes de surveillance, notamment dans ceux qui fonctionnent par détection,de rayonnement dans le spectre infra-rouge, on utilise un réseau d' déments détecteurs multiples pour balayer une image de l'environnement thermique. Les signaux vidéo engendrés sont immédiatement affichés au moyen d'un tube à rayons cathodiques ou d'une diode électro-luminescente sous forme d'élément séparé ou de réseau, ou bien ils peuvent être enregistrés en permanence sur une pellicule photographique ou une bande magnétique. Dans un tel système de formation d'images à éléments multiples, le signal provenant de chaque canal de détection peut être amplifié et échantillonné sequentiellement par un multiplexeur électronique pour réduire le nombre de canaux vidéo à un seul qui module en brillance un tube à rayons cathodiques.En variante, le signal vidéo de chaque canal de détection est amplifié et module en brillance une pluralité de diodes électroluminescentes disposées suivant un réseau à éléments multiples de configuration semblable au réseau de détecteurs. On balaye la modulation en brillance pour obtenir une reconstitution visible de l'image infra-rouge. La résolution optique ou degré de discernement des détails dans l'affichage dépend de la dimension du détecteur et des diodes électro-luminescentes. Le détecteur est en fait une ouverture de balayage et il prend la moyenne des modulations dans l'espace de 1' image thermique qui sont relativement faibles. La réduction de la dimension des détecteurs augmente la résolution des détails dans le signal vidéo, mais elle réduit également le rayonnement capté de la scène et, par suite, la sensibilité. Le rapport signal sur bruit qui définit la sensibilité ultime du capteur varie ainsi en raison inverse de la résolution, et il est courant de réaliser un compromis entre ces paramètres, selon l'applIcation.Après avoir réalisé ce compromis et choisi la dimension des détecteurs, il faut agencer le reste du système de façon à réduire au minimum toute dégradation supplémentaire de la résolution angulaire. L'invention a, entre autres, pour objet de minimiser la dégradation de la résolution par la trame et le dispositif d'affichage. I1 est courant, dans les systèmes de télévision et jusqu't présent, dans les systèmes à rayonnement infra-rouge, de rendre l'espacement de trame sensiblement égal au diamètre de l'ouverture d'analyse (du détecteur). La fréquence spatiale la plus élevée que peut transmettre l'ouverture d'analyse est légèrement inférieure un hertz par largeur d'ouverture. Le mode opératoire ci-dessus aboutit approximativement à un échantillon de trame par cycle de cette fréquence. Dans un appareil selon l'invention, on prévoit des moyens pour explorer un champ de vision comprenant un réseau de détecteurs de rayonnement électromagnétique comportant chacun une cuverture d' analyse respective qui constitue une fraction I/n de l'ouverture totale de l'appareil, OLT "n" représente le nombre de détecteurs nécessaire pour couvrir complètement ladite ouverture d'observation, et des moyens de reproduction d'image réagissant aux sorties des détecteurs en engendrant une trame par balayage ayant au moins 2n lignes. L'ouverture de synthèse de trame ne doit pas à présent correspondre nécessairement à l'ouverture de détecteur et on peut la rendre plus petite, sans produire d' intervalles de mauvais aspect entre les lignes de trame. I1 est préférable de la rendre égale au nouvel espacement de trame. I1 est également préférable que la brillance des lignes de trame soit réglée par des sommes et différences pondérées des sorties des éléments du réseau d'ouvertures d'analyse, de façon à obtenir une aussi bonne approximation de l'interpolateur de fonctions de synchronisation idéal qu'il le faut. Ainsi, on peut rendre la structure de trame invisible, du fait que l'on peut rendre l'intervalle entre ouvertures de synthèse trop faible pour la résolution de l'oeil et l'on peut reconstituer la scène échantillonnée raz la limite de la fidélité permise par la dimension des détecteurs. On va décrire ci-après l'invention, principalement selon un mode d'exécution utilisant des diodes électro-luinescertes et en regard du dessin annexé dont La figure 1 est un schéma représentant 3 la fois un réseau de détecteurs infra-rouges et un réseau correspondant de diodes élec tro-luminescentes ; La figure 2 représente schématiquement la structure d'un dispositif d'observation infra-rouge selon l'invention; La figure 3 représente schématiquement le montage du miroir représenté sur la figure 2 et les moyens pour faire balayer au miroir le champ d'observation; La figure 4 représente une variante de disposition des détecteurs infra-rouge,ou des diodes électro-luminescentes;; La figure 5 représente schématiquement une variante de disposition d'observation infra-rouge selon l'invention; La figure 6 représente une variante de réalisation pouvant être utilisée pour explorer pas à pas le champ de vision, au lieu des prismes représentés sur la figure 5. En se référant au dessin annexé, un mode d'exécution de l'invention comprend un réseau de cellules ou éléments de détection infra-rouge qui occupent une portion limitée du champ de vision ou champ visuel d'une lentille constituant un objectif et un réseau correspondant d'éMhents électro-luminescents, par exemple de diodes, qui sont observés par un observateur. Un miroir rotatif à double face est présent dans le champ de vision des détecteurs et de l'obser- vateur à la fois, et le miroir tourne de façon à permettre aux détecteurs et à l'observateur de balayer systèmatiquement la totalité du champ de vision de l'objectif et des viseurs, respectivement. La figure 1 représente un agencement approprié pour le réseau d'éléments détecteurs et électro-luminescents.En se référant à cette figure, on voit qu'il y a trois rangées 2, 3 et 4 d'éléments et que chaque rangée est décalée par rapport à la rangée qui en est voisi- ne dans la direction de ladite rangée, de sorte que,lorsque les rangées sont balayées, les éléments se trouvant dans des rangées successives se chevauchent partiellement en ce qi concerne le balayage. I1 peut y avoir n'importe quel nombre approprié de rangées d'éléments, à partir de deux. On-préfère trois rangées, du fait qu'avec plus de trois rangées, le coût de l'appareillage augmente sans amélioration corrélative de la résolution de l'instrument. Bien qu'on les ait représentés sous la forme d'un réseau d'éléments distincts on peut fabriquer ènsenble à la fois les cellules de détection infra-rouge et les diodes électro-luminescentes sur des cristaux sé parès de matière semiconductrice. En se référant à présent à la figure 2, le dispositif d'observation infrarouge comprend une lentille 5 constituant un objectif et une lentille 6 constituant un oculaire. Ces lentilles peuvent être constituées par des systèmes de lentilles complexes et elles peuvent être placées sur un axe d'observation commun, comme on l'a représenté, ou bien sur des axes concourants ou décalés, en utilisant des miroirs de déflexion fixes. Un miroir rotatif 7 est monté dans le champ de vision des deux lentilles.Ce miroir est à coule face, de sorte qu'un réseau e d'éléments de détection infra rouge disposes suivant un axe 9 perpendiculaire a l'axe de l'objectif peut balayer le cnamp de vision de ce dernier et en même temps 'observateur peut, par l'oculaire o, observer un réseau 10 de dio des ilectro-luminescentes disposées suivant un axe 11 perpendiculai re e l'axe ne l'oculaire.Un amplificateur pour détecteurs 3 plu sieurs voies t2 couple les rangées de détection infra-rouge aux ran gées correspondantes de diodes électro-luminescentes, des détecteurs et diodes électro-luminescentes,positionnés de façon correspondante étant couplés électriquement de façon biunivoque. Le miroir 7 est monté pivotant de façon à se déplacer angulairement autour d'un axe 12 perpendiculaire aux axes de l'objectif et de l'oculaire et aux axes 9, Il suivant lesquels sont disposés les réseaux de détecteurs et de diodes électro-luminescentes. Le miroir 7 est accouplé mécano quement à un moteur 13. En cours d'utilisation, le moteur 13 fait tourner le mi roir 7 d'abord dans un sens, puis dans l'autre, de sorte que le ré seau de détecteurs balaye systèmatiquement le champ visuel et qu' une image de diodes électro-luminescentes est simultanément et sys tématiquement déplacée sur le champ visuel de l'observateur. Cette image constitue la trame et comporte autant de lignes qu'il y a éléments électro-luminescents dans le réseau. Deux sondes capacitives 14, 15 placées rerpectivement aux positions angulaires limites du miroir correspondant aux deux bords de chaque champ visuel délivrent des signaux respectifs, indiquant le moment où les balayages ont atteint lesdits bords. Ces sondes sont reliées à un dispositif (non représenté) de commande du moteur 13 et le dispositif de commande fonctionne de façon à inverser le sens de fonctionnement du moteur, chaque fois que le miroir atteint l'une des limites. On regle la vitesse du moteur de façon que le système fournisse au moins 25 balayages du champ visuel par seconde. On peut utiliser différents dispositifs pour monter et entrainer le miroir Y et l'un de ces dispositifs est représenté sché matiquement sur la figure 3. En se référant donc à cette figure, le miroir 7 comprend deux éléments plans montés dans des plans paral lèles sur la barre de torsion 16,,cette dernière est supportée dans deux branches d'un bâti 17 fixé à l'une de ses extrémités 19 et pla ce dans un palier 20 à son autre extrémité de façon à tourner dans le bâti à cette extrémité. Le rotor21 d'un moteur couple 22 est mon té sur l'extrémité rotative de la barre de torsion 16. Un dispositif de commande de moteur 24 délivre un signal d'entraînement de moteur d'onde de forme triangulaire, ce qui fait tourner le rotor du moteur sous l'action antagoniste d'une force de rappel de torsion élastique engendrée par la barre 16. Les sondes 14 et 15 reliées électriquement au dispositif de commande 24 détectent l'arrivée du miroir Y aux positions angulaires-limites, ce qui provoque des inversions cycliques du sens de déplacement du moteur 22. Les figures 4 et 5 représentent une variante de l'invention. Au lieu de comporter plusieurs rangées d'éléments, chaque réseau comprend une seule rangée 25 d'éléments détecteurs infra-rougs ou électro-luminescents et l'effet de la présence de plusieurs rangées est stimulé par l'écartement des champs visuels de deux lentilles par rapport au positionnement latéral des éléments constituant les réseaux progressivement sur de faibles angles, drabord dans un sens, puis dans l'autre. La figure 5 est donc analogue au système repré senté sur la figure 2 et les éléments semblables sont désignés par des références numériques semblables. En outre, deux prismes 26, 27 sont interposés respectivement sur les trajets de la lumière transmise de l'objectif au miroir et du miroir à l'oculaire.Ces prismes sont montés rotatifs suivant des axes qui sont perpendiculaires aux axes optiques des lentilles, et également perpendiculaires à l'axe de rotation du miroir. Ils sont accouplés mécaniquement de façon à tourner d'angles égaux et ils sont positionnés au moyen d'un moteur pas à pas 28. Le moteur pas à pas peut être agencé pour fournir trois positions angulaires des prismes, correspondant au déplacement latéral relatif des trois rangées d'éléments des réseaux 8, 10 de la figure 2. Un système de détection de position analogue à celui utili avec le miroir 7, impliquant l'utilisation de sondes capacitives, est prévu pour commander la direction angulaire dans laquelle ont lieu les déplacements pas à pas.Ainsi, lorsque les prismes avancent pas à pas dans la troisième position dans un sens particulier, une sonde correspondante parmi les sondes capacitives 29, 30 est activée et un signal est transmis à un dispositif de commande (non représenté), ce qui fait changer de sens de fonctionnement du moteur pas à pas. Pour que la totalité du champ puisse être balayée un nombre de fois suffisant pour empêcher un scintillement visible, on agence le miroir 7 de façon qu'il effectueade l'ordre de 75 explorations (balayages) par seconde et le fonctionnement du moteur pas à pas 26 est synchronisé avec lui, de sorte que, tous les 25 balayages, le moteur passe par une position néterminée. On peut utiliser d'autres dispositifs, au lieu des prismes représentés sur la figure 5. Ainsi, sur la figure 6, on prévoit deux miroirs 31, 32. Le miroir 31 dévie le trajet de la lumière sur son chemin vers un réseau 33 de détecteurs infra-rouges et le miroir 32 dévie le trajet de la lumière parvenant à l'observateur à partir du réseau 34 de diodes électro-luminescentes. Sur la figure 6, les axes de l'objectif et de l'oculaire coïncident avec l'axe 35 perpendiculaire au plan de la figure. Le miroir 7 tourne autour d'un axe situé dans le plan de la figure. Les miroirs 31 et 32 sont accouplés mécaniquement et sont montés de façon à t-ourner autour d'axes perpendiculaires au plan de la figure. Ils sont positionnés par un moteur pas à pas 2e et sont commandés exactement de la même façon que les prismes 26 et 27 de la figure 5. Les spécialistes de cette technique noteront que la sortie du réseau de détecteurs peut être enregistrée en permanence sur une pellicule photographique ou une bande magnétique. Par ailleurs, au lieu des diodes électro-luminescentes, on peut prévoir un tube à rayons cathodiques observé directement, les sorties des détecteurs étant échantillonnées et multiplexses pour produire un signal vidéo, sous la forme d'une ligne. Les spécialistes noteront également que l'installation décrite ici peut être utilisée pour observer des champs dans n'importe quelle partie du spectre de rayonnement électromagnétique, en remplaçant les détecteurs par d'autres détecteurs d'une sensibilité appropriée. REVENDICATIONS 1, - Dispositif de balayage à rayonnement électro-magnétique destiné à explorer un champ de vision et à reproduire par des moyens électriques une mage de ce champ, comprenant un réseau de détecteurs de rayonnement électromagnétique comportant chacun une ouverture d'analyse respective qui constitue une fraction l/n de 1' ouverture d'observation totale de l'appareil,"nFétant le nombre de détecteurs nécessaire pour couvrir complètement l'ouverture d'observation, des moyens pour faire balayer audit réseau ledit champ et des moyens de reproduction d'images réagissant aux sorties des détecteurs en engendrant une trame relative à chaque balayage, caractérisé en ce que les moyens de reproduction d'image fournissent une trame comportant au moins 2n lignes. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau de détecteurs est fixe et en ce que les moyens d' exploration consistent en un miroir rotatif dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe dudit réseau et séparé de celui-ci, ledit miroir étant interposé entre le champ visuel et ledit réseau dans une position telle que le rayonnement provenant du champ visuel balaye le réseau de détecteurs, lorsque le miroir tourne. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le miroir est à double face, et en ce qu'il comporte un réseau de diodes électro-luminescentes en nombre égal à celui des éléments détecteurs du réseau de détecteurs et agencés de façon analogue, et couplés électriquement auxdits éléments de détection de fa çon biunivoque, ledit réseau de diodes électro-luminescentes étant agencé de façon à être vu par réflexion sur la seconde face du miroir. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les réseaux de détecteurs et de diodes électro-luminescentes constituent chacun au moins deux rangées d'éléments, ces rangées étant décalées l'une par rapport à l'autre latéralement de façon que les rangées sont balayées, les éléments des rangées successives se chevauchent lors du balayage. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits réseaux comprennent chacun trois rangées d'éléments. 6. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les réseaux d'éléments détecteurs et électro-luminescents constituent chacun une seule rangée d'éléments, et en ce qu'il comporte des moyens pour déplacer l'image du champ qui est réfléchie sur les détecteurs et l'image des diodes électro-luminescentes qui est réfléchie sur le miroir respectivement par rapport au positionnement latéral des éléments du réseau de détecteurs et de diodes electro-luminescentes. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer lesdites images consistent en des miroirs rotatifs supplémentaires. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les miroirs supplémentaires sont accouplés à un moteur pas à pas qui est agencé pour avancer pas à pas d'un nombre prédéterminé de positions angulaires, d'abord dans un sens, puis dans l'autre, un pas étant prévu pour chaque balayage. 9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit nombre de positions angulaires est égal à trois. 10. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire effectuer des mouvements de vaet-vient cycliques au premier miroir à une vitesse linéaire sur un déplacement angulaire prédéterminé. 11. -Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens pour faire effectuer des mouvements de va-et-vient au premier miroir comprennent un moteur électrique et un dispositif de détection des positions angulaires qui détecte l'approche du miroir de ses positions limites et délivre des signaux pour commander ledit moteur. 12. - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le signal d'entraînement du moteur électrique a une forme d'onde triangulaire cyclique. 13. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les moyens pour faire effectuer des mouvements de va-et-vient cycliques au premier miroir comprennent une barre de torsion dont une extrémité est bloquée dans un bati et dont l'autre extrémité est tourillonnée dans ledit bâti, le miroir étant monté sur cette barre, et un moteur couple électrique dont le rotor est monté sur l'extrémité rotative de ladite barre. 14. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que les moyens de détection de la position angulaire du premier miroir comprennent des sondes capacitives. 15. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments de détection sont des éléments de détection de rayonnement infra-rouge.