Brevet FR2472191A1 — publié le 19810626

La présente invention concerne un procédé et un dispositif optoélectroniques de surveillance d'un grand angle spatisl, dans lesquels le rayonnement électro magnétique irradié par un objet intéressant est dirigé, par un élémentexplorateur mobile, des éléments déviateurs fixes et un objectif d'entrée (selon le procédé dit de balayage linéaire"), sur au moins un élément récepteur qui, après conversion et amplification, émet des signaux optiques servant à tracer une image Un appareil de ce genre fait l'objet du brevet allemand 16 23 425 . Dans ce brevet, l'élément explorateur utilisé est rotatif, de sorte qu'une fraction importante de sa rotation correspond à un temps mort et qu'un tiers seulement de celle-ci est utilisé à la repré6entation de l'image .Il en résulte une grande largeur de bande électronique pour la caractéristique d'amplification, qui diminue la sensibilité du système . Le brevet allemand 15 47 272 décrit un autre appareil de ce genre utilisant un miroir explorateur disposé parallèlement à la marche du rayonnement (c'est à dire devant l'objectif d'entrée dans la direction de passage des rayons) . Dans ce brevet allemand, le miroir décrit une rotation complète sur l'axe longitudinal de l'appareil .La Demande de Brevet Allemand Publiée sous le No 24 54 480 décrit un appareil de recherche et de poursuite à rayons infrarouges utilisant un miroir basculant dont l'oscillation a pour fonction de compenser l'écart instantané entre la trajectoire de l'objet, donc la direction d'incidence des rayons, et la direction du rayonnement dévié par le miroir la présente invention a pour but de perfectionner les appareils au genre précité de façon à permettre, d'une part de doter l'élément explorateur d'un angle de rotation individuellement extensible, et d'autre part d'obtenir un grand angle d'image à faible distance Ce but est atteint, conformément à l'invention, par un dispositif dans lequel l'objet intéressant est analysé par l'élément explorateur selon un mouvement oscillant périodique . l'avantage de ce procédé est qu'il permet d'obtenir un rapport favorable entre le temps nécessaire à la représentation de l'image et le temps perdu comme temps mort, et qu'en conséquence il augmente nettement la sensibilité du système par comparaison avec celle du procédé de balayage linéaire décrit dans le brevet allemand 15 47 272 . Pour un angle d'image d'environ 300 le temps mort ne sera que de 10 à 15 % . En outre, il ne se produit aucun effet de cache dans les limites de l'angle d'exploration Ce temps mort est déterminé par l'oscillation périodique et reste en outre immuable lorsque l'angle d'image augmente ou diminue Selon les circonstances, il pourra y avoir avantage à ce que l'élément explorateur effectue simultanément une exploration dans un plan perpendiculaire au mouvement d'oscillation .Selon les conditions préexistantes, l'élément explorateur sera un prisme quadratique, un prisme plan ou un miroir composé de façon appropriée . Dans la' plupart des cas, le facteur décisif sera l'ouverture de l'appareil par laquelle l'exploration devra s'effectuer . Ses dimensions devront être adaptées géométriquement à celles de l'élément explorateur si l'on veut obtenir la plus grande ouverture possible pour le système optique Selon un développement avantageux de l'invention, l'élément explorateur est fixé sur un axe rotatif monté dans des paliers lisses ou à roulements, ou sur des joints de cardan élastiques servant de paliers audit axe, et le dispositif comporte en outre un enregistreur de distances capacitif déterminant la position instantanée de l'oscillation .En particulier, en ayant recours à un joint de cardan élastique par palier et à un étalement convenable des joints de cardan, on obtiendra aussi bien de très petits angles de rotation que, en couplant plusieurs joints de cardan élastiques, des angles de rotation comparativement grands . le nombre de joints constituera un moyen simple d'influencer l'ampleur de la constante d'élasticité Dans cet ordre d'idée, il pourra être judicieux que deux paires de joints de cardan élastiques, réunis par une douille, soient fixées, panileurs extrémités éloignées, dans un châssis et, par leurs extrémités rapprochées, dans un évidement approprié de l'élément explorateur .Cette disposition est particulièrement avantageuse car elle permet, avec une paire de joints de cardan élastiques par palier, de doubler l'angle de rotation par rapport à celui qu'on obtient en utilisant un seul de ces joints par palier n outre l'intégration de l'axe de rotation dans le corps de miroir permet, avec des joints de cardan élastiques, de réduire la longueur hors-tout du dis positif I1 y aura également avantage à fixer, à une pièce des joints de cardan élastiques ou de l'élément explorateur accessible par l'évidement précité, le rotor segmentaire d'un enregistreur de course capacitif coopérant, pendant l'oscillation, avec un stator plan fixé au chGssis et faisant face audit rotor .Cet enregistreur de distances pourra être concentrique à l'axe de rotation de façon à ne produire qu'une microphonie réduite ou à éliminer, dans une grande mesure, les fréquences d'interférence néfastes par leur influence sur les vibrations du système En ce qui concerne la configuration du dispositif, il y aura avantage à ce que quatre miroirs fixes fassent vis-à-vis aux deux faces réfléchissantes efficaces de l'élément explorateur, ces quatre miroirs dirigeant la radiation perçue sur l'élément récepteur par l'intermédiaire d'un miroir polygonal convexe disposé centriquement, dans la direction d'incidence, entre l'élément explorateur et objectif d'entrée Cette disposition donnera un appareil compact et symétrique .L'élément récepteur sera, dans ce cas, entouré d'un tube de Dewar refroidi par un organe réfrigérant utilisant l'effet Joule-Xhomson . Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément explorateur sera suspendu à cardan dans une chape, par son châssis . L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés où les mêmes pièces portent les mêmes chiffres de référence et dans lesquels - la figure 1 est une vue de côté, en coupe partielle, de la partie de l'appareil renfermant le dispositif selon l'invention ; et - la figure 2 est une autre vue de côté, également en coupe partielle, après rotation de 900, de l'appa reil de la figure 1 L'appareil représenté est supposé monté sur un engin volant porteur tel qu'un avion ou un hélicoptère La radiation électromagnétique d'une cible et de son environnement, pénétrant par la fenêtre 1 en forme de calotte sphérique, est fractionnée par l'élément explorateur 2 pourvu de deux surfaces réfléchissantes 4 et 4' perpendiculaires l'une à l'autre, et déviée, dans la direction représentée par les flèches, sur le miroir polygonal convexe 7 placé centralement en dessous de l'élément explorateur, par les miroirs déviateurs 5 à 6' fixés à la paroi du cnâssis 15 et faisant face aux quatre surfaces réfléchissantes 4 à 4' de l'élément explorateur . De ce miroir polygonal convexe 7, le rayonnement parvient, par l'objectif 8 représenté en traits interrompus, sur l'élément récepteur 9 lequel peut être constitué par un détecteur unique ou par un montage en série de détecteurs et qui est placé dans le plan focal dudit objectif Ce détecteur est intégré dans un tube de Dewar 10 et est refroidi par l'élément réfrigérant à effet Joule Thomson 11 alimenté en azote gazeux par la conduite flexible 13 .L'électronique de préamplification et de traitement des signaux est disposée autour du tube de Dewar sous forme d'un tube en forme de couronne cylindrique 23 Dans l'exemple représenté, l'élément explorateur 2 est constitué par un miroir polygonal quadratique disposé dans une tête chercheuse à rayons infrarouges pour un éventail angulaire d'environ + 302 . le mouvement est assuré par une bobine électromagnétique mobile 14 et par un système oscillant fait d'un ensemble de joints de cardan élastiques qui sera décrit plus loin en détail . Dans un autre mode de réalisation de l'invention, non représenté sur les dessins, l'élément explorateur pourra être installé dans une station terrestre fixe et être constitué par un prisme quadrav tique ou par un prisme plan .Le support de l'axe 24 portant le miroir ou le prisme pourra être assuré par des paliers lisses ou à roulements Le prisme polygonal 2 comporte un évidement central 19 de section circulaire dans lequel sont fixés les joints de cardan élastiques assurant sa suspension Deux de ces joints sont montés, en quelque sorte "en série", de chaque ctté dans une douille 21 (figure 2), chacun de ces groupes "en série" étant fixé, à une de ses extrémités dans une partie du bottier de l'appareil, et à son autre extrémité dans l'évidement 19, en sorte qu'on obtient deux branches montées en parallèle .Entre ces deux branches peut subsister, selon la longueur du corps de miroirs, un intervalle plus ou moins grand qui, dans d'autres modes de réalisation de l'invention, offrira un emplacement pour le couplage d'autres joints de cardan élastiques A la partie inférieure (dans le sens du regard) du tiroir polygonal 2 ou dans une zone de la partie des joints de cardan élastiques intégrée au corps de miroirs indue accessible par un évidement approprié dans les miroirs, est fixé le rotor segmentaire d'un enregistreur de course 22 . Lors des oscillations, ce rotorysegmentaire coopère avec le stator plan lui faisant face, fixé sur un caté du bottier . le miroir est mis en mouvement par une bobine électromagnétique mobile 14 à aimant permanent .Cet aimant est fixé et calé dans la matière du corps de miroirs, près du rotor segmentaire L'exploration se fait selon un mouvement sinusoïdal de fréquence comprise entre 10 et 20 Hz . L'angle d'é légation de la tête chercheuse est limité à + 19 par le montage en série des détecteurs . Pour permettre l'exploration d'une zone sur l'horizon malgré le tangage de l'ergin volant porteur, les éléments de miroirs et de paliers 2 à 16 sont entourés d'un châssis 15 monté dans une chape 16 et pouvant osciller d'environ + 7 sur l'axe de rotation 17 perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'appareil . le miroir 2 est ainsi suspendu à cardan dans la chape 16 par l'intermédiaire du châssis 15 . Le moteur d'entrainement est placé d'un côte de la chape et le moteur synchrone de réglage angulaire est placé du côté oppose de cette chape . Four plus de clarté, ces deux moteurs ne sont pas représentés sur les dessins . Pour compenser le mouvement de roulis, la tête chercheuse peut tourner d'un bloc, sous l'action du moteur 18 (figure 2) sur l'axe de roulis de l'engin volant porteur de façon à pouvoir explorer à l'horizon, à l'aide d'une plateforme d'inertie non représentée, un angle d' image d'environ #30 en azimut et #1 en élévation en vue d'y détecter une cible REVENDICATIONS 1. Procédé optoélectronique de surveillance d'un grand angle spatial, dans lequel le rayonnement électromagnétique irradié par un objet intéressant est dirigé, par un élément explorateur mfl par mo teur électrique, par des éléments déviateurs fixes, et par un objectif d'entrée (selon le procédé dit "de balayage linéaire"), sur au moins un élément récepteur qui, après conversion et amplification, émet des signaux optiques servant à tracer une image, caractérisé en ce que l'objet intéressant est analysé par l'élément explorateur (2) selon un mouvement oscillant périodique 2. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que l'élément explorateur (2) analyse également simultanément dans un plan perpendiculaire au mou vement oscillant 3.Procédé selon les Revendications 1 et 2, caracté risé en ce que l'élément explorateur (2) est cons titué par un prisme quadratique, un prisme plan, ou des miroirs réunis de façon appropriée 4. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2 ou 3, caracté risé en ce que l'élément explorateur (2) est fixé sur un axe rotatif (24) monté dans des paliers lisses ou à roulements ou sur des joints de cardan élastiques (3) servant de paliers audit axe 5. Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que deux paires de joints de cardan élastiques réunis deux par deux par une douille (21) sont fixées, par leurs extré mités éloignées, dans un châssis (15) et, par leurs extrémités rapprochées, dans un évidement approprié (19) de l'élément explorateur (2) 6.Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le rotor segmentaire d'un enregistreur de course capacitif (22) coopérant pendant les oscillations avec le stator plan lui faisant face, fixé dans le châsse6 15, est fixé à une pièce, accessible par l'évide ment (tri), des joints de cardan élastiques (3) ou de l'élément explorateur (2) 7.Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que quatre miroirs fixes (5, 5', 6, 6') font vis-à-vis aux deux faces réfléchissantes efficaces (4, 4') de l'élément explorateur (2), ces quatre miroirs di rigeant la radiation perçue sur l'élément récepteur (9) par l'intermédiaire d'un miroir polygonal con vexe (7) disposé centriquement dans la direction d'incidence entre l'élément explorateur (2) et l'objectif d'entrée (8) 8. Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que l'é- lément récepteur (9) est entouré d'un tube de Dewar (10) refroidi par un élément réfrigérant (11) uti lisant l'effet Joule-Thomson 9. Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que l'élément explorateur (2) est suspendu à cardan, dans une chape (16), par le chassis (15)