Brevet FR2363805A1 — publié le 19780331

La présente invention concerne un dispositif de vision du genre comprenant un tube intensificateur d'image muni en amont du tube, dans le sens de la propagation de la lumière, d'au moins un filtre spectral à cristal liquide dont le spectre de transmission varie en fonction de signaux appliqués et, du c8té image, de moyens d'affichage en couleurs de l'image commandée par les mêmes dits signaux ou d'autres signaux en synchronisme avec eux. Il est connu que la possibilité de différencier les couleurs des objets permet d'accrotre leur identification, celle -ci devenant meillèure que lors de l'utilisation d'une seule reconnaissance de formes. La reconnaissance des couleurs demandant une résolution inférieure à celle nécessaire pour identifier les formes, il en résulte à égalité de résolution angulaire, une augmentation de la distance d'identification des objets. En particulier, la perception des couleurs permet de distinguer des objets qui présentent la même réflectivité et qui sont de ce fait inséparables on vision noir et blanc. Ce principe peint être mis à profit lorsque les objets sont soumis à un faible éclairement, comme en vision nocturne, et apparaissent alors, à ltoeil humain, comme gris.On peut penser dans ce cas identifier les objets grâce a leurs spectres de réflectivité différents en faisant usage d'une intensification d'i- mage sélective en longueur d'onde. On sait ainsi que la végétation printanière présente une réflectivité plus élevée que les autres matériaux pour des longueurs d'onde A supérieures à 0,75/um alors que sa réflectivité devient inférieure à celle du béton, par exemple, pour des longueurs d'onde inférieures. Le contraste végétation/béton à l'aide d'un intensificateur d'image sera d'autant plus grand que la sensibilité de la photocathode, munie éventuellement d'un filtre spectral, présentera une coupure à E = 0,75 et atteindra ses valeurs maximales au-delà de cette longueur d'onde. Dans d'autres cas, il ne s'agit pas de distinguer des objets présentant le marne phénomene d'inversion de spectre . Pour améliorer leur perception, il peut aussi être intéressant de restituer selon plusieurs couleurs les différentes plages du spectre réfléchi par les objets, par exemple, une couleur pour la partie du spectre réfléchi de longueur d'onde A7, 0,75/ut et une autre couleur pour celle de longueur d'onde \4 0,75/um. Ces couleurs sont avantageusement choisies comme étant le vert et le rouge qui constituent le couple de couleurs présentant, comme on sait, le plus grand écart de chromaticité, ce qui permet de distinguer le plus de teintes intermédiaires, jaune et orange en particulier.Ces principes ont déjà été mis en pratique pour améliorer la perception des objets. Par exemple dans le brevet français NO i 328 399. Selon ce brevets un tube intensificateur est muni en amont et en aval de filtres colorés fixés sur le mgme arbre moteur et tournant à grande vitesse. On parvient ainsi à effectuer une analyse et une restitution séquentielle des objets. Un tel dispositif présente plusieurs inconvénients: d'une part, il présente des parties mobiles ce qui le rend en combrant;D'autre part, il nécessite des sources d'énergie importantes dont il faut assurer le transport lorsque l'utilisatiOn du dispositif n'est pas fixe. Un tel dispositif ne peut Autre, de ce fait, facilement incorporé dans des dispositifs portatifs à usage individuel, tels qu'une jumelle de vision nocturne. Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients. L'invention propose également pour accroitre la perception des objets d'effectuer une analyse séquentielle en couleur des objets et leur restitution après intensification, mais elle y parvient à l'aide de moyens ne comportant autune pièce mécanique en mouvement. Par ailleurs, ces moyens consomment peu d'énergie. De ce fait le dispositif selon l'invention est incorporable dans des systèmes qui doivet tre facilement transportables et d'un maniement aisé.Selon l'invention ces moyens sont constitués à l'analyse et également éventuellement à la restitutiontde filtres électro-optiques à base de cristaux liquides placés respectivement en amont et en aval d'un tube intensificateur et dont la transmission spectrale est commandée à l'aide de'signaux électriques récurrents, la fréquence de récurrence étant supérieure à celle de papillotement perceptible à l'oeil. De manière à éditer une détérioration du rapport du signal à bruit à l'entrée du tube, notamment en vision noc turne, l'invention élimine l'emploi, en amont du tube, de filtres électro-optiques à cristal liquide qui fonctionneraient en lumière polarisée en association avec des éléments polariseurs qui absorberaient une grande partie de la lumière incidente. Les filtres électro-optiques qu'elle utilise en amont sont constitués de combinaison de cristaux liquides et de colorants qui absorbent différemment les radiations suivant l'orientation des molécules du cristal liquide. Selon l'invention le cristal liquide joue ainsi le rale du moteur tournant de l'art antérieur, les molécules allongées du cristal liquide pivotent séquentiellement en fonction du champ électrique récurrent appliqué et entraînent dans leur mouvement de rotation les molécules de colorant qui deviennent plus ou moins absorbantes aux radiations électromagnétiques. On parvient ainsi à effectuer une analyse séquen- tielle des différentes plages du spectre réfléchi des objets. Âpres intensification dans un tube intensificateur d'images, les différentes plages du spectre analysé sont rendues en couleurs à l'aide de moyens de filtrage situés en aval du tube ou encore en relation avec l'écran de sortie du tube, lesdits moyens étant commandés en synchronisme avec le filtre placé en amont du tube. Pour la rrstitution en couleurs, on fait choix de couleurs présentant le plus grand écart de chromaticité possible de manière à améliorer encore la différentiation des objets. L'invention préconise en particulier la restitution en deux couleurs verte et rouge très saturées. Dans une première variante de l'invention chacune de ces couleurs est produite par l'excitation de l'une des couches de luminophore émettant dans des couleurs différentes et empilées sur l'écran, la couche excitée étant, selon l'art connu, fonction de la tension d'accelération des électrons à l'intérieur du tube, laquelle selon l'invention varie en synchronisme avec les signaux de commande du filtre à cristal liquide placé en amont du tube. Dans une seconde variante de l'invention, lté- cran du tube intensificateur est constitué par un mélange de luminophores émettant, en particulier, des radiations vertes et rouges et l'on place, an aval du tube, un filtre coloré à cristal liquide très sélectif des cuuleurs et dont la commande est synchrone de celle du filtre amont. La sélectivité des couleurs est accrue en plaçant le cristal liquide entre polariseurs, le cristal liquide fonctionnant, par exemple, sur le mode de biréfringence induite ou de nématique en hélice. L'invention pr8te une attention toute particulière aux cristaux liquides dont le pivotement s'effectue très rapidement, de l'ordre de quelques millisecondes, pour de faibles champs appliqués. Elle utilise notamment les cristaux liquides dont le signe de l'anisotropie diélectrique (ỳ - 61) est sensible à la fréquence du signal d'excitation. Ainsi, selon l'invention, il est mis au point un dispositif de vision du genre comprenant un tube intensificateur d'image remarquable en ce qu'il comprend au moins un filtre à cristal liquide dit filtre amont, placé en amont du tube intensificateur, dont le spectre de transmission varie en fonction de signaux appliqués au filtre, et des moyens de restitution en couleurs des différentes plages du spectre analysé en relation avec la structure de l'écran ou sous forme d'un filtre à cristal liquide placé en aval du tube dit filtre aval, lesdits moyens étant commandés en synchronisme avec le filtre placé en amont. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de quelques modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, ladite description étant accompagnée de dessins qui représentent figure i : une coupe schématique du dispositif selon une pre mière variante de l'invention. figure 2 : une coupe schématique du dispositif selon une deu xième variante de l'invention. figure 3 : une coupe du filtre optique aval du dispositif selon une première forme de réalisation. figure 4 : une coupe du filtre optique aval du dispositif se lon une deuxième forme de réalisation. Sur la figure i, on a représenté en coupe le dispositif selon l'invention dans une première variante. On y distingue un tube intensificateur d'image de l'art connu comprenant principalement dans une enceinte à vide 9 une fenêtre d'entrée 10 sur laquelle est déposée la photocathode li (pour la compréhension du dessin celle-ci est représentée séparée de ladite fenêtre), une galette de microcanaux à émission secondaire électronique 12 métallisée sur ses deux faces, une fenêtre de sortie 13 recouverte a l'intérieur d'un écran luminescent formé d'un empilement de couches de luminophores émettant chacune dans une couleur qui lui est propre;sarr l'impact d'électrons, la couche excitée et la lumière émise étant fonction des tensions d'accélération des électrons à l'intérieur du tube.Deux de ces couches 14 et 15 sont représentées séparées de la fenêtre 13 pour la clarté du dessin. En amont du tube, dans le sens de propagation de la lumière en provenance de 11 objet, est représenté un filtre électro-optique dit filtre amont comprenant schématiquement deux électrodes 16 et 17 et une solution 18 de cristal liquide additionnée de colorants dont le spectre de transmission est fonction du signal de tension variable en fonction du temps Y(t) appliqué entre les électrodes 56 et 17 selon l'art connu. Entre l'électrode de sortie de la galette de microcanaux 12 et l'écran, on applique une tension somme d'une composante continue Vo et d'une composante variable V' (t) synchrone du signal V(t) et commandant l'excitation des couches 14 et 15. Sur la figure 2 on a représenté en coupe le dispositif selon l'invention dans une seconde variante. On y distingue les mêmes éléments que dans la figure 1 à l'exception de l'écran qui comporte plus qu'une couche 22 composée d'un mélange de luminophores émettant, en particulier, des radiations vertes et rouges. En aval du tube est représenté un filtre électro-optique dit filtre aval. Ce filtre est transparent successivement aux composantes rouge et verte émises simultanément par le mélange de luminophores.Ce filtre aval est représenté succintement sur la figure 2. I1 est constitué d'une cellule à cristal liquide comportant le cristal liquide 19 placé entre les électrodes 20 et21. Cette cellule est munie de moyens supplémentaires inclus dans le cristal liquide ou mis à l'extérieur de la cellule de manière à ce que le filtre présente les propriétés sus-indiquées lorsqu'un signal de tension de commande variable V"(t) est applique entre les électrodes 20 et 21, le signal de tension V"(t) étant synchrone du signal de tension V(t) appliqué au filtre amont. Ces signaux sont généralement de forme pulsée et récurrente, la récurrence 30 Hz par exemple étant telle qu'elle évite le papillotement pour- l'oe91 d'un observateur. Plus spécialement,selon un premier mode de réalisation de l'invention1 dans l'une des deux variantes sus-indiquées le filtre amont comporte par exemple un cristal liquide nématique et un seul colorant. Le colorant en question a la propriété d'avoir ses molécules qui s'orientent par rapport à celles du cristal liquide. Par ailleurs, ce colorant absorbe différemment les radiations en fonction de l'orientation de ses molécules donc en fait de celle des molécules du cristal liquide sous l'action des signaux de tension V. Dans ce mode de réalisation, le colorant et les signaux de tension V sont choisis de telle sorte que, par exemple, en vision nocturne le spectre transmis soit alternativement total ou limité aux longueurs d'onde Arr 750 nm. Par ailleurs, les couleurs des luminophores sélectionnés sont les couleurs primaires vert et rouge .Le signal de tension V de commande du filtre amont et, soit le signal de tension d'accélération V', soit le signal de commande V" du filtre aval sont tels par exemple que, lorsque le filtre amont laisse passer la totalité du spectre, la restitution soit faite en vert et lorsque ce filtre amont laisse passer uniquement les longueurs d'onde hui/750 nm, la restitution soit faite en rouge. De cette manière la plage du spec tre7/ 750 nm est rendue en orange et la plage A 9 750 nm en vert. Dans le cas où le spectre total serait restitué en rouge et le spectre A ?/ 750 nm en vert, la plage du spectre 2 7F 750 nm serait rendue en jaune et la plage 14 Dans les deux cas, la restitution de l'analyse du spectre s'effectue dans une échelle chromatique non maximale mais néanmoins suffisamment large pour qu'on puisse distinguer facilement plusieurs- couleurs. Selon un second mode de réalisation de l'une des deux variantes du dispositif, le filtre amont comporte par exemple un cristal liquide nématique et deux colorants. Ces colorants possedent des radicaux se fixant respectivement longitudinalement et transversalement par rapport aux directions des molécules du cristal liquide. En les faisant pivoter en même temps que les molécules du cristal nématique sous l'ac tion des signaux de tension V, ils présentent alternativement des spectres ci'absorption complémentaires. En vision nocturne la limite de longueur d'onde commune de ces spectres est par exemple # = 750 nm. Les deux plages du spectre sont restituées en couleur respectivement en rouge pour # > A 4 750 nm, en synchronisme avec les signaux de tension V. Selon un troisième mode de réalisation de l'une des deux variantes du dispositif, le filtre amont est composé de deux cellules à cristal liquide comportant chacune un mé- lange d'un cristal liquide nématique et d'un colorant, la pre mière cellule étant identique à celle du premier mode de réa lisation et la seconde comportant un colorant dont le spectre transmis est alternativement total ou limité par exemple aux longueurs d'onde À / 750 nm, les deux cellules étant commandées par des tensions synchrones V1 et V2 telles que les spectres transmis correspondent alternativement a > /750 nm etc 750 nm. Selon un quatrième mode de réalisation de l'une des deux variantes le cristal liquide utilisé est choisi parmi ceux dont le signe de l'anisotropie diélectrique fi dépend de la fréquence du signal de commande. Ce cristal liquide est par exemple le mélange vendu par la société Merck sous ltappel lation ZLI 518. A basse fréquence (f inférieure à quelques KHz) X 1, les molécules s'alignent sur le champ appliqué. A haute fréquence (f supérieure à quelques KHz) ## lécules s'orientent perpendiculairement à la direction précé- dente. Un tel cristal liquide est utilisé en association soit avec le colorant utilisé dans le premier mode de réalisation ci-dessus décrit, soit avec les deux colorants utilisés dans le second et le troisième modes de réalisation ci-dessus dé crits et dont les molécules pivotent au rythme du changement de fréquence du signal,fournissant alternativement des spec tres de transmission complémentaires. D'autres modes de réalisation de la seconde va riante du dispositif selon l'invention sont remarquables par la forme donnée au filtre aval de la figure 2 permettant d'ob tenir une sélection des couleurs émises par le mélange de lu minophores. Selon une première forme du filtre aval, celuici fonctionne comme le filtre amont, il est réalisé à l'aide d'une cellule de cristal nématique dopé de colorants qui, en fonction de signaux de commande, ont un spectre de transmission étroit centré successivement sur les couleurs rouge et verte émises par le mélange de luminophores. Selon une deuxième forme du filtre, on utilise une cellule de cristal liquide placée entre polariseur et analyseur rectilignes, parallèles ou croisés selon la configuration de cristal utilisé, et dans laquelle on induit une biréfringence oscillant entre 'deux valeursen fonction du signal de commande appliquée, la transmission se faisant alternativement dans le vert et le rouge. Sur la figure 3, on a représenté une telle structure en supposant que le cristal est du type planaire avec anisotropie diélectrique f - i o. Sur cette figure, 30 représente la lumière émise par le mélange de luminophores du tube. Le cristal liquide est situé entre les électrodes 31 et 32 soumis à des signaux de tension V". Lorsque cette tension est nulle, l'axe du cristal est selon la flèche 33. Lorsque cette tension n'est pas nulle, cet axe s'incline en direction de la perpendiculaire aux électrodes. Dans les plans 34 et 35 parallèles aux électrodes, on a représenté suivant les flèches 36 et 37 les vibrations rectilignes de lumière en sortie respectivement de polariseur et d'analyseur. On omettra pour l'instant la présence de l'élément indiqué sous le numéro 38 ; il en sera question par lA sa-ite. La vibration 36 est transformée en vibration elliptique par le cristal liquide dont l'analyseur donne la vibration 37.On sait que la transmission est fonction du déphasage optique entre rayon extraordinaire et rayon ordinaire, lequel est fonction de la longueur d'onde et des indices extraordinaire et ordinaire. Le signal de tension V" est ajusté alternativement à deux saleurs pour lesquelles la transmission s'effectue dans le vert et le rouge. Selon l'invention l'une de ces valeurs peut être la valeur 0, si l'épaisseur du cristal liquide est adéquate, correspondant par exemple à une transmission eu vert, Autre en rouge. Pour que la transmission soit maximale 36 et 37 sont placés à 450 de part et d'autre de la direction 33. Selon une variante de cette deuxième forme du filtre aval, on ajoute entre les polariseurs une lame biréfringente dont les axes neutres colncident avec ceux induits dans le cristal liquide. Cette lame est représentée sur la figure 3 et répertoriée sous le numéro 38, ses lignes neutres étant suivant les flèches 39 et 40. Le retard optique introduit par cette lame s'ajoute a celui dû au cristal liquide.Par ailleurs il est choisi grand devant celui du cristal. I1 est connu de l'art antérieur que l'on peut alors faire facilement commuter la transmission de l'ensemble cristal liquide et lame déphasante, d'une couleur à l'autre par une faible variation dudit retard optique, celle-ci résultant en l'occurence d'une commutation du signal de tension V" de commande du cristal entre ses deux valeurs dont l'écart peut être choisi faible, par exemple de l'ordre de 10 Volts. Sur la figure 4, on a représenté la structure du filtre aval en supposant que le cristal liquide est du type nématique en hélice, la rotation des molécules à l'intérieur du cristal étant par exemple de 900 d'une électrode à l'autre du cristal. Les électrodes sont sous les numéros 31 et 32. L'orientation des molécules du cristal liquide au niveau de chacune des électrodes est respectivement suivant les flèches 41 et 42. 30 représente la lumière émise par le mélange de luminophores. 43 représente la vibration rectiligne dans le plan 34 parallèle aux électrodes au sortir du polariseur placé entre cellule de cristal liquide et tube intensificateur. 44 est la vibration rectiligne en sortie d'analyseur dans le plan 35 parallèle aux électrodes. 43 et 44 sont par exemple parallèles à 41. Sous 38 est indiquée une lame déphasante dont les agas sont sous les numerus indiqués 45 et 46. Le signal de tension V" peut prendre deux valeurs : la valeur O pour laquelle la vibration 43 tourne de 900 dans le cristal liquide et une autre valeur pour laquelle les molécules s'orientent perpendiculairement aux électrodes 31 et 32. Pour cette valeur, la vi bration 43 ne subit pas de rotation dans le cristal liquide. Les axes 45 et 46 de la lame 38 sont orientés par rapport à la vibration incidente rectiligne sortant du cristal liquide compte tenu de l'épaisseur de la lame 38 et de l'orientation de l'analyseur, de manière que, par exemple, la transmission s'effectue dans le vert pour la valeur O du signal V", et dans le rouge pour l'autre valeur du signal. On obtient ainsi alternativement la transmission des couleurs verte et rouge issues de l'écran du tube, le signal de commande ayant une amplitude maximale de l'ordre par exemple d'une dizaine de sots. Selon d'autres variantes de cette forme de réalisation du filtre aval, le cristal liquide est un mélange de nématique et de cholestérique. Selon une autre variante, pour améliorer la rapidité de la commutation du dispositif, on fait usage pour le filtre aval d'un cristal liquide nématique en hélice qui a la propriété de présenter une anisotropie diélectrique dont le signe change de sens en fonction de la fréquence du signal et déjà utilisé pour la réalisation du filtre amont. Le cristal est rendu homéotrope à plaide d'un signal basse fréquence, par exemple de l'ordre de 1 KHz, et revient dans la configuration en hélice à l'aide d'un signal haute fréquence , par exemple 50 KHz. I1 va sans dire que pour améliorer la saturation des couleurs plusieurs filtres parmi ceux décrits peuvent être, pour le filtrage aval, mis les uns à la suite des autans, ceuxci étant commandés d'une manière synchrone du filtre amont. En effet, du fait du gain du tube qui peut être choisi très élevé, le rendement de la transmission ntest pas critique et on nest pas limité comme pour le filtre amont, par des questions de rapport de signal à bruit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de vision du genre comprenant un tube intensificateur d'image, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un filtre à cristal liquide dit filtre amont, placé en amont du tube et dont le spectre de transmission varie en fonction des signaux appliqués au filtre, et des moyens de restitution en couleurs des différentes plages du spectre analysé en relation avec la structure de l'écran ou sous forme d'un filtre à cristal liquide placé en aval du tube, dit filtre aval, lesdits moyens étant commandés en synchronisme avec le filtre placé en amont. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ltécran en sortie du tube est constitué de couches de luminophore superposées émettant chacune dans une couleur, chaque couche étant excitée par une tension d'accélération des électrons qui lui est propre. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre aval transmet alternativement, en synchronisme avec le filtre amont, deux couleurs émises simultanément par le mélange de luminophores de l'écran. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les couleurs d'émission des luminophores sont le vert et le rouge. 5. Dispositif selon l'une des revendications i à 4, caractérisé en ce que le filtre amont comprend un mélange de cristal liquide nématique et d'un colorant dont l'absorption dépend de l'orientation de la molécule du cristal liquide. 6. Dispositif selon l'une des revendicaions 1 à 4, caractérisé en ce que le filtre amont comprend un mélange de cristal liquide nématique et de deux colorants dont l'absorption dépend de l'orientation de la molécule du cristal liquide. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le filtre amont est composé de dnux cellules à cristal liquide comportant chacune un colorant différent dont l'aWsorption dépend de 11 orientation de la molécule du cristal liquide. 8. Dispositif selon l'une des revendications i à 7, caractérisé en ce que le cristal liquide du filtre amont présente une anisotropie diélectrique qui change de signe en fonction de la fréquence du signal d'excitation appliqué au cristal liquide et en ce que ladite fréquence est modifiée alternativement entre deux valeurs. 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le filtre aval est une cellule de cristal liquide placé entre polariseurs. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on place en outre une lame déphasante entre les polariseurs avant ou après le cristal liquide. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le cristal liquide est un nématique en hélice. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 et i0, caractérisé en ce que le cristal liquide est un nématique à structure planaire. 13. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le cristal liquide est un mélange de cholestérique et de nématique. 1 Dispositif selon l'une des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que le cristal liquide du filtre aval est du même type que celui du filtre amont selon la revendication 8.