Brevet FR2449380A1 — publié le 19800912

La présente invention concerne une caméra infrarouge à haute résolution. On connais des caméras infrarouges à barrettesdephotodétecteurs et à miroir tournant. Dans ces caméras infrarouges, un miroir placé entre ltobjectif de la caméra et la barrette de photodétecteurs tourne autour d'un axe parallèle à 1'axe longitudinal de la barrette. La barrette contient autant de photodétecteurs infrarouges que l'on désire de lignes dans l'image. Le système permet de balayer toutes les lignes en même temps. I1 n'est pas nécessaire de faire tourner le miroir à grande vitesse pour obtenir des cadences d'images de l'ordre de celle de la télévision classique. Le nombre de cellules de la barrette peut btre réduit en se servant d'unmiroiràplusieurs facettes dont chaque facette est décalée angulairement par rapport à la facette précédente. Un seul photodétecteur balaye alors plusieurs lignes de 1'objet. Le principal inconvénient de ce type de caméras infrarouges tient à ce que le balayage est unidimensionnel et que, par suite, la résolution del1image dépendSnnn seulement du diamètre deltobjectif et des dimensions des détecteurs, mais aussi de l'intervalle entre détecteurs. La demande de brevet Ne PV 76 39052 du 24 décembre 1976 de l'actuel demandeur a décrit un système de pointage d'un faisceau laser à très haute précision comprenant un miroir de pointage réfléchissant le faisceau laser et fixé à une embase par des empilements piézoélectriques comprenant chacun un premier élément piézoélectrique auquel est appliqué un signal d'erreur de pointage et un second élément piézoélectrique auquel est appliqué un signal de vibration, les deux éléments dfun même empilage agissant tous les deux addiooa- nellement sur la rotation du miroir autour d'un mame axeetles deux empilages agissant sur la rotation du miroir autour de deux axes rectangulaires.La vibration d'un miroir à cadence élevéedel'ordre d'un ou plusieurs kilohertz est possible si le miroir reste d'assez faible dimension, disons d'un diamètre inférieur à 10 cm. La présente invention concerne une caméra infrarouge ayant un système de balayage piézoélectrique bidimensionnel, permettant un fonctionnement plus simple que celui des caméras infrarouges de l'art antérieur, une électronique plus facile à réaliser et ayant une résolution limitée seulement par la diffraction. Conformément à l'invention, la caméra infrarouge se compose d'un télescope de Cassegrain ayant une monture, un miroir primaire, un miroir secondaire et un photodétecteur infrarouge dans le plan conjugué du plan d'un objet à détecter par rapport au télescope et elle est caractérisée en ce que le miroir secondaire du télescope est un miroir vibrant autour de deux-axes perpendiculaires, articulé autour d'une rotule élastique lui servant de pivot et en ce que les vibrations sont commandées par des colonnes en céramique piézoélectrique articulées auait miroir secondaire et excitées par des tensions alternatives. L'invention va entre maintenant décrite en détail en relation avec les dessins annexés, dans lesquels - les Figs. la et lb représentent une caméra infrarouge de l'art antérieur - les Figs. 2a et 2b représentent la caméra infrarouge conforme à l'invention - la Fig. 3 est un schéma des miroirs du télescope rappelant le calcul du champ d'un télescope de Cassegrain.; - la Fig. 4 montre, d'une façon agrandie, le système d'entrainement en vibration du miroir secondaire du télescope pour une direction de vibration autour d'un axe ; et - la Fig. 5 représente le schéma lectronique de l'alimentation d'un couple de leviers piézoélectriques relatifs à une direction de vibration autour d'un axe. En se référant aux Figs. la et lb, qui représentent schémati- ouement une caméra infrarouge de l'art antérieur, celle-ci comprend un objectif 1 qui forme l'image de l'objet à observer O dans le plan d'une barrette 2 de détecteurs infrarouges. Entre l'objectif 1 et la barrette 2 est disposé un miroir tournant 3 dont l'axe de rotation 4 est parallèle à l'axe longitudinal de la barrette 2. La barrette contient autant de détecteurs qu'on désire de lignes L dans l'image (les lignes L de l'objet sont verticales sur la Fig. la). Le système permet de balayer toutes les lignes en m8me temps. Il apparaît clairement que la résolution dans le sens horizontal dépend de l'écartement entre photodétecteurs de la barrette. En se référant maintenant aux Figs. 2a et 2b, la caméra infrarouge de l'invention consiste en un télescope de Cassegrain 10 comprenant un tube ou monture 11, un miroir primaire 12 fixé au tube il et un miroir secondaire 13 fixé par une rotule 14 au centre 15 d'une monture-araignée 16. Dans le plan focal du télescope est située une cellule photo électrique 17 sensible au rayonnement infrarouge, par exemple une cellule au tellurure de cadmium et de mercure. Le miroir secondaire 13 est anime de deux mouvements de vibration autour de deux axes perpendiculaires grâce à deux systèmes à levier. Un seul système à levier est représenté sur la Fig. 2a et, à plus grande échelle, sur la Fig. 4. il comprend une colonne tubtilaire 18 de céramique piézoélectrique, par exemple en titanatessrco- nate de plomb, fixée par pivots, d'un côté à une équerre 19, el1ême fixée au tube 11 du télescope et, de l'autre côté, à un levier 20. Ce levier 20 a un premier point d'articulation constitué par une rotule élastique 21 fixée à l'équerre 19, un second point d'articulation 22 relié à la colonne 18 et un troisième point d'articulation 23 relié au support 24 du riiroir secondaire 13. Un second système à levier 30 situé dans tm plan radial perpendiculaire à celui qui vient d'être décrit existe et on l'aperçoit sur la Fig. 2b. Dans une camera infrarouge réalisée par le demandeur, on s'est imposé une résolution angulaire de 15 x 10-6 radian dans une bande spectrale centrée sur une longueur d'onde de 5 pin et une résolution d'image de 100 lignes à 100 points chacune. La première condition conduit à un télescope de 40 cm de diamètre. La seconde condition conduit à un champ 20 de 29 = 100 x 15 x 10-6 = 1,5 10-3 radian. Or, à une rotation e du miroir primaire correspond une rotation 6 du miroir secondaire donnée par (Fig. 3)s Oc e(r1/d2) = e(D1/D2) où f1 est la diatance focale du miroir primaire, d2 la distance entre le foyer du miroir primaire et le sommet du miroir secondaire, et D1 et D2 les diamètres des miroires primaire et secondaire. Dans les télescopes de Cassegrain, on a généralement D1/D2#5,d'où &alpha; # 3,75 10-3 radian (1) Si (Fig. 4) a et b sont respectivement les bras de levier du levier 20, c l'excentricité du point d'articulation 23 du levier 20 sur le support de miroir 24 et #l max est l'allongement maximum de la colonne piézoélectrique 18, l'angle de rotation maximum du miroir 13 est de Si l'on prend a = c = 3 cm, b = 22,5 cm et si l'on égalise les valeurs de ck et &alpha;max a des expressions (1) et (2) &alpha; = &alpha;max = 2,5 #lmax = 3,75 10-3 radian d'où ss8max = 15 m = 15 x 10-6 m (3) En choisissant une colonne piézoélectrioue tubulaire 18 ayant les caractéristioues suivantes longueur 2 = 100 mm = 10- m épaisseur e = 2 mm = 2 x 10-3 m coefficient piézoélectrique d = -200 x 10-72 m/V l'allongement relatif est donné par = d x E = (dx V/e) (4) où E est le champ électrique égal à V/e. Dans la formule (4), tout est connu sauf V. On obtient pour la tension maximale Vmax correspondant à ##max : V = 1500 volts Iaax tes signaux d'excitation des colonnes en céramique piézoélec- trique 1 8 et 28 sont produits par des générateurs à basse fréquence 26 et 36 suivis d'amplificateurs 27 et 37 délivrant des signaux ayant une amplitude de l'ordre de 1500 volts. Les signaux produits par les générateurs 26 et 36 et le signal recueilli par le déte-- teur photoélectrique 17 et amplifié par un préamplificateur 29 sont appliqués à un écran de visualisation 31 sur lequel est visualise l'image infrarouge. Bien entendu, il est possible de choisir à volonté le mode de balayage du miroir secondaire et de l'écran. Si le balayage est un balayage cartésien à lignes (dents de scie symétriques) il faudra, pour avoir une cadence de 20 images par seconde appliquer une tension en dents de scie d'abscisse de 100 Hz et une tension en dents de scie d'ordonné de 10 Hz. Si l'on désire un balayage en spirale, les signaux à appliquer aux colonnes piézoélectriques seront, pour la même cadence de 20 images par seconde V cos 2#1000 t sin 2 #10 t o et V sin 2#1000 t sin 2tL1Q t o Lee colonnes en céramique piézoélectrique ont une hystérésis non négligeable. Le phénomène d'hystérésis peut être supprimé grâce au montage push-pull de la Fig. 5. Le générateur BF 36 est relié à un amplificateur push-pull à faible tension de sortie 32 et les deux sorties en opposition de phase de l'amplificateur 32 sont reliées à deux amplificateurs à haute tension 37 et 37'. L'amplificateur 37 alimente la colonne piézoélectrique 28 et l'amplificateur 37' la colonne piézoélectrique 28'. Ces deux colonnes sont couplées au miroir secondaire 13 respectivement par les leviers 30 et 30'. Bien entendu, il existe un deuxième système de vibration push-pull agissant dans un plan perpendiculaire à celui de la Fig. 5. REVENDICATIONS 1 - Caméra infrarouge se composant d'un télescope de Cassegrain ayant une monture, un miroir primaire, un miroir secondaire et un photodétecteur infrarouge dans le plan conjugué du plan d'un objet à détecter par rapport au télescope, caractérisée en ce que le miroir secondaire du télescope est un miroir vibrant autour de deux axes perpendiculaires, articulé grâce à une rotule élastioue bi servant de pivot et en ce que les vibrations sont commandées par des cdonnes en céramique piézoélectrique articulées audit miroir secondaire et excitées par des tensions alternatives. 2 - Caméra infrarouge conforme à la revendication1,caractérisée en ce que les colonnes piézoélectriques commandent le miroir secondaire par l'intermédiaire de deux leviers ayant trois points d'articulation, l'un à la colonne, l'autre à la monture du télescope et le troisième au miroir secondaire. 3 - Caméra infrarouge conforme à la revendication1, caractérisée en ce que, pour chaque direction de vibration autour d'un axe, il existe deux colonnes en céramique piézoélectrique alimentées en opposition de phase, chacune desdites colonnes commandant des leviers articulés au miroir secondaire. 4 - Caméra infrarouge conforme à la revendication1, caractérisée en ce que la rotule d'articulation du miroir est montée au centre d'une monture en araignée fixée au télescope de Cassegrain.