Brevet FR2357864A1 — publié le 19780203

L'invention concerne un dispositif d'écartométrie infrarouge pour déterminer la position par rapport à un axe d'une source de rayonnement infrarouge. Un tel dispositif trouve notamment son application dans la localisation, en vue du guidage, d'un engin autopropulsé, la source infrarouge étant constituée alors par un traceur pyrométrique porté par l'engin On connait un dispositif d'écartométrie comprenant un objectif de focalisation, un dispositif de balayage suivant une direction et un dispositif de détection placé dans le plan focal de l'objectif et constitué d'une barrette de détecteurs élémentaires transversale à la direction de balayage.Le moment où le détecteur reçoit le rayonnement de la source et délivre une impulsion fournit, après un traitement approprié, la coordonnée suivant la direction de balayage, et le rang du détecteur élé mentaire recevant le rayonnement fournit l'autre coordonnée. Un tel dispositif de détection est coûteux, car il comprend un grand nombre de détecteurs élémentaires. De plus, les eircuits électroniques montés à la suite des détecteurs sont très complexes, puisque chaque détecteur doit posséder ses propres connexions de sortie. L'invention vise à simplifier la réalisation du dispositif de détection, et prévoit à cet effet que le dispositif de détection est constitué de deux détecteurs filiformes non parallèles à la direction de balayage et non parallèles entre eux. Etant donné que les deux détecteurs ne sont pas parallèles, les deux impulsions qu ils délivrent seront séparées par un intervalle de temps gui dépend de la coordonnée de la source suivant l'axe orthogonal à la direction de balayage. Il en résulte que ces deux impulsions permettent, associées avec des impulsions de référence générées par le dispositif de balayage, de déterminer les coordonnées de la source par un traitement électronique très simple. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en se référant au dessin annexé, sur lequel: - la figure I est un schéma de principe du dispositif d'écartométrie selon l'invention - la figure 2 représente un exemple de réalisation du dispositif détecteur - la figure 3 est un schéma d'un circuit de traitement analogique pour la détermination des coordonnées de la source - la figure 4 est un diagramme des temps illustrant le traitement effectué par le circuit de la figure 3 - la figure 5 est un schéma d'un circuit de traitement numérique pour la détermination des coordonnées de la source, et - la figure 6 est un diagramme des temps illustrant le traitement effectué par le circuit de la figure 5. Le dispositif d'écartométrie représenté à la figure 1, destiné à localiser une source de rayonnement infra-rouge, comprend une lentille de focalisation 10, par exemple en germanium, un dispositif de détection infra-rouge 12 placé dans le plan focal image de la lentille 10 et décrit ci-après, un dispositif de balayage 11 suivant la direction de la flèche v, constitué par exemple par un miroir oscillant, et un dispositif électronique de traitement 13 qui délivre à partir des signaux de sortie I1, 12 du dispositif de détection 12 et d'impulsions de référence générées par le système de balayage, des grandeurs électriques proportionnelles aux coordonnées X, Y de l'image M de la source dans le plan du détecteur. Le dispositif de détection 12 selon l'invention est représenté de façon plus détaillée sur la figure 2. Il comprend de façon générale deux détecteurs filiformes 21 et 22 non parallèles, par exemple en HgCdfPe; dans l'exemple représenté, les détecteurs 21 et 22 sont inclinés d'un angle = 450 et disposés de façon symétrique par rapport à l'axe Oy orthogonal à la direction de balayage v. Pour fixer les idées, la distance xO de l'origine O au point d'intersection du détecteur 21 ou 22 avec l'axe x'x, ce point étant au centre du détecteur respectif, est en pratique de l'ordre de I mm. Un calcul simple montre que les coordonnées (X, Y) de l'image de la source peuvent être déduites des impulsions li, I2 générées par les détecteurs 21 et 22. Supposons qu'à l'origine des temps t = O le dispositif de balayage émette une impulsion de référence aO. Une source dont l'image dans le plan du détecteur est M (X, Y) est détectée par le détecteur 21 à l'instant t1 tel que X -(xO + Y tg) = vt1, et par le détecteur 22 à l'instant t2 tel que X + (xO + Y tg ) = vt2 Dans le cas présent, Q = 450 dont tg = 1 et on obtient 2 x = v (t2 + t1) 2 Y = v (t2 - t1 - 2 t,), avec xo = vtO Le calcul de X et Y exige donc, en plus des impulsions I1 I2 délivrées par le dispositif détecteur, l'impulsion de référence a0 qui donne l'origine des temps, une impulsion de référence 1o au temps t = to. Enfin, il faut disposer d'une impulsion If pour définir la fin d'une période de balayage. Les impulsions de référence aO, 1o et If sont fournies directement au dispositif de traitement 13 par l'électronique associée au dispositif de balayage 11. L'obtention de ces impulsions à partir d'un dispositif de balayage ne présente aucune difficulté pour l'homme de l'art, et des explications détaillées sont inutiles. On va maintenant décrire, en se référant aux figures 3 et 4, un premier exemple de réalisation du dispositif 13 dans lequel le traitement s'effectue en mode analogique. Le dispositif comprend quatre bascules 31, 32, 33, 34 auxquelles sont appliquées respectivement les impulsions aO, Iî, 12, que ainsi que l'impulsion If sur l'entrée de remise à zéro. Les signaux de sortie correspondants a, b1, b2 et bo sont figurés sur la figure 4. Ces signaux, et les signaux conjugués, sont appliqués comme indiqué à la figure 3 à des portes EX 40, 41, 41', 42, 42', les connexions entre les bascules et les portes étant symbolisées par le bloc 38. Par exemple, la porte 41 reçoit les signaux a et b1, la porte 41' les signaux a et b1, etc. On a représenté sur le diagramme de la figure 4 les signaux de sortie Â'1, A0 et A2 des portes 41', 40 et 42. On voit que ces signaux sont des signaux en créneaux de durée t1 t0 et t2, respectivement. il est clair que si, comme représenté, t1 est négatif, ~ est toujours nul et que si t2 est positif, '2 est toujours nul. Les signaux de sortie des portes BU sont utilisés pour commander la fermeture des interrupteurs 51, 51', 52, 52', 50, respectivement. La fermeture des interrupteurs 51 et 52 provoque l'établissement d'une tension +V, et la fermeture des interrupteurs 51', 52' et 50 provoque l'établissement d'une tension -V. Le signe, de la tension appliquée est lié au signe de t1 et t2. On voit que si t1 est négatif, la tension sera -V (fermeture de l'interrupteur 51'), et inversement, si t1 était positif, la tension serait +V (fermeture de l'interrupteur 51)o On obtient donc, à la sortie des interrupteurs, des signaux en créneau 20, 2 2 de durée égale respectivement à t1 t2 ou to et d'amplitude +V ou -V suivant le signe de t1, t2 et t o Ces signaux sont appliqués ensuite aux amplificateurs opérationnels 60 et 64 qui effectuent les opérations nécessaires pour le calcul de X et Y. Les résistances 61 et 62 sont choisies égales, si bien que l'amplificateur 60 délivre un signal égal à 2 2 Les résistances 65, 66, 67, 68 et 69 sont choisies de manière que l'amplificateur 64 délivre un signal égal à v ~ - 2 2 T2 - T1 - 2 T0 . Ceci est obtenu simplement en donnant aux 2 trois résistances 65, 68 et 69 la même valeur R, à la résistance 66 la valeur 4 R et à la résistance 67 la valeur 2 Ro Les valeurs des résistances précitées peuvent être choisies librement, il suffit qu'elles soient beaucoup plus grandes que les résistances des interrupteurs précités. Il ne reste plus, pour obtenir i et Y, qu'à calculer la valeur moyenne des signaux de sortie des amplificateurs 60 et 64. Ceci est obtenu au moyen de filtres passe-bas 70 et 74, dont la fréquence de coupure est très nettement inférieure à la fréquence de balayage. Les valeurs résultant de ce filtrage sont les moyennes sur un grand nombre de périodes de balayage et représentent sous forme électrique les coordonnées X et Y recherchées. Si l'on désire obtenir des valeurs instantanées de X et Y, c 'est-à-dire leurs valeurs sur une seule période de balayage (intervalle entre deux impulsions If consécutives), il suffit de modifier le circuit décrit en intercalant des intégrateurs entre les interrupteurs et les amplificateurs, de manière à obtenir les valeurs moyennes de g T2, T0 sur chaque période, d'ajouter un condensateur de mémorisation à la sortie de- chaque amplificateur et de supprimer les filtres 70 et 74. Les valeurs instantanées sont utiles par exemple lorsqu'on désire enregistrer la trajectoire de la source. On a représenté à la figure 5 un autre exemple de réalisation du dispositif 13, dans lequel les grandeurs X et Y sont fournies sous forme numérique. Le dispositif comprend quatre bascules 131, 132, 133 et 134 agencées de manière identique aux bascules d'entrée du dispositif analogique de la figure 3. Les signaux de sortie a, bo, b1, b2 représentés sur la figure 6 sont les mêmes que ceux de la figure 4, mais figurés à une échelle plus petite par commodité. Ces signaux, et les signaux conjugués, sont appliqués, par l'intermédiaire de connexions symbolisées par le bloc 138, à des portes ET 141, 141', 142, 142', 140 de la façon indiquée sur la figure 5. Outre ces signaux, les portes précitées reçoivent des signaux c, d, e ou f issus du compteur à anneau 145 qui reçoit lui-même l'impulsion If. Ces signaux sont représentés sur le diagramme de la figure 6, où l'on voit qu'il s'agit de signaux en créneau de la durée d'une période de balayage, décalés l'un par rapport à l'autre. La fréquence de récurrence de ces signaux est donc le quart de la fréquence de balayage. Les signaux de sortie des portes ET, à savoir C1, C'1, C2 C'2 et CO, ont dont la forme représentée sur le diagramme, Les signaux Cl1 et C2 homologues des signaux A'1 et A2 du diagramme de la figure 4 ne présentent un créneau que toutes les quatre périodes, et le signal CO présente deux créneaux consécutifs toutes les quatre périodes du fait que la porte 140 reçoit le signal issu de la porte OU 148 à laquelle sont appliqués les signaux e et f. Les signaux de sortie des portes ET sont appliqués, combinés de façon appropriée au moyen de portes OU 152, 153 et 162, 163, à des compteurs-décompteurs 150 et 160 par l'intermédiaire de connexions symbolisées par le bloc 149. Les compteurs-décompteurs 150 et 160 sont reliés respectivement à un oscillateur 170 qui délivre des impulsions d'horloge. Ces impulsions ne sont comptées ou décomptées que si le compteur-décompteur 150 (ou 160) est autorisé par les signaux issus des portes OU précitées. Les signaux C1, C2 qui, comme on l'a vu pour les signaux A1' ~ du diagramme de la figure 4, ne présentent des créneaux que si respectivement t1 ou t2 sont positifs, sont appliqués à la borne d'entrée de comptage 155 du compteur 150. Inversement, les signaux C'1, C'2 qui présentent des créneaux Si respectivement t1 ou t2 sont négatifs, sont appliqués à la borne d'entrée de décomptage 156. Etant donné que t1 est négatif dans l'exemple décrit, le signal Cl1 autorise un décompte pendant la première période de balayage (créneau du signal c). Bien entendu, C1 est nul puisque t1 est négatif0 Pendant la seconde période (créneau du signal d), le signal C2 autorise un comptage0 Au total, le compteur-décompteur 150 effectue l'addition algébrique t1 + t2, c'est-à-dire fournit la coordonnée X sous forme d'un nombre d'impulsions, et cela toutes les quatre périodes de balayages Le compteur-décompteur 160 effectue de façon similaire ltopération t2 - t1 - 2 to pour le calcul de Y. Il reçoit C'1 sur sa borne de comptage 165 ou C1 sur sa borne de décomptage 166, pendant la première période de balayage. Pendant la seconde période, il reçoit C2 sur sa borne de comptage et C'2 sur sa borne de décomptage. Enfin, pendant les troisième et quatrième périodes (créneaux des signaux e et f), il reçoit sur sa borne de décomptage le signal GoO Les compteurs-décompteurs 150 et 160 fournissent ainsi les coordonnées X et Y sous forme numérique, ce qui est intéressant pour un éventuel affichage ou en vue de calculs dans un calculateur numérique. - REVENDICATIONS 1. Dispositif d'écartométrie pour déterminer la position d'une source de rayonnement infra-rouge par rapport à un axe optique, comprenant un objectif de focalisation, un dispositif de balayage linéaire, un dispositif de détection infra-rouge dans le plan focal de l'objectif, et un circuit de traitement des signaux de sortie du dispositif de détection pour délivrer des signaux caractéristiques des coordonnées X et Y de la source dans un système d'axes centré sur l'axe optique, caractérisé par le fait que le dispositif de détection comprend deux détecteurs filiformes non parallèles à la direction de balayage et non parallèles entre eux et le dispositif de balayage comprend des moyens pour délivrer des impulsions définissant respectivement l'origine des temps, la fin d'une période de balayage et une impulsion de référence liée à la disposition des détecteurs filiformes, ces impulsions étant appliquées au circuit de traitement. 2.- Dispositif selon la revendication l, caractérisé par le fait que le circuit de traitement comprend des moyens pour générer des signaux carrés associés respectivement aux impulsions émises par les détecteurs et à l'impulsion de référence, de durée égale à l'intervalle séparant l'impulsion considérée de impulsion d'origine des temps, les dits signaux carrés étant situés chacun sur une période de balayage différente, deux compteurs-décompteurs, et des moyens pour combiner les dits signaux carrés et les appliquer respectivement aux compteurs-décompteurs pour le calcul des coordonnés X et Y. 3.- Dispositif selon la revendication l, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour générer des signaux carrés associés respectivement à ladite impulsion de référence et aux impulsions émises par les détecteurs, de durée égale à l'intervalle séparant l'impulsion considérée de l'impulsion d'origine des temps, des moyens pour transformer lesdits signaux carrés en signaux carrés respectifs de même durée mais positifs ou négatifs suivant que l'impulsion considérée est postérieure ou antérieure à l'origine des temps, des moyens pour combiner les signaux ainsi obtenus en vue du calcul des coordonnées X et Y et des moyens pour calculer la valeur moyenne des combinaisons ainsi obtenues.