Brevet FR2598814A1 — publié le 19871120

DISPOSITIF DE LOCALISATION OPTOELECTRONIQUE L'invention se rapporte à un dispositif de localisation optoélectronique d'une source de rayonnement, comprenant une optique de reproduction dans 5 le plan d'image de laquelle est installé un détecteur optoélectronique, ainsi qu'un élément à cristaux liquides, placé dans le trajet des rayons entre l'optique et le détecteur, pour diaphragmer les sources de rayonnement parasites (émetteurs de rayons parasites), 10 l'élément à cristaux liquides comportant des éléments réticulés disposés en forme de matrice et commandés au moyen d'étages excitateurs de lignes et de colonnes électroniques; l'invention vise, en outre, un procédé de repérage d'une source de rayonnement au moyen d'un 15 dispositif de localisation optoélectronique. Par le brevet allemand 27 22 018 on connaît pour des appareils optiques un dit diaphragme à cristaux liquides qui comprend des éléments réticulés disposés en forme de matrice et commandés au moyen d'un étage excitateur de lignes et de colonnes électronique. Les 5 éléments réticulés sont commandés de telle sorte qu'au moins un élément transparent ou opaque à la lumière soit à chaque fois entouré par des éléments réticulés de transparence opposée. De cette façon on obtient, soit une fenêtre optique, soit une surface limitée opaque aux 10 rayonnements. Lorsque l'on utilise ce diaphragme à cristaux liquides dans un dispositif d'observation, il devient alors possible de supprimer le rayonnement parasite entourant éventuellement un objectif. En cas d'utilisation d'un tel diaphragme à cristaux liquides 15 dans un appareil de visée à guidage automatique, le diaphragme est disposé devant le modulateur, côté goniomètre, et peut être commandé par le goniomètre déterminant les dérives de la fusée par rapport à l'objectif. Une concrétisation de ce projet ne figure 20 cependant pas dans le brevet allemand 27 22 018. L'invention a pour objet de développer un dispositif de localisation optoélectronique du type précité dans lequel un diaphragme réalisé au moyen d'éléments réticulés commandés en conséquence est 25 asservi de façon simple à l'image d'une source de rayonnement. Le dispositif de localisation doit en outre offrir la possibilité de capter et de diaphragmer 3: plusieurs sources de rayonnement, par exemple parasites, se trouvant dans le champ visuel. Pour le repérage d'une ou de plusieurs sources de rayonnement avec le dispositif de localisation optoelectronlque, l'invention 5 a, en outre. pour objet de mettre au point un procédé permettant de repérer et de suivre un émetteur de rayonnement détermine, par exemple place sur un missile, tout en diaphragmant les autres sources de rayonnement parasites se trouvant dans le champ visuel. Ce résultat 10 est atteint selon l'invention au moyen d'un dispositif de localisation caractérisé par le fait que le détecteur optoélectronique est un détecteur de position nonsubdivisée comprenant une électronique de localisation dont les signaux de sortie commandent l'étage excitateur 15 des lignes et des colonnes et que, pour l'identification d'une source de rayonnement, les éléments réticulés, dans une zone englobant la position à chaque fois considérée d'une source de rayonnement détectée, sont constamment ou de façon modulée soit opaques au 20 rayonnement, en représentation positive des contrastes, soit transparents au rayonnement, en représentation négative des contrastes, et que les autres éléments réticulés présentent une transparence respectivement opposée. Le procédé selon l'invention utilisant le 25 dispositif de localisation précité est caractérisé par le fait qu'il comporte les opérations successives suivantes: a) localisation d'une source de rayonnement dans une scène à observer avec élément à cristaux liquides transparents au moins par section; b) diaphragmation de l'environnement entourant la 5 source de rayonnement à suivre par commande des éléments réticulés en représentation négative des contrastes avec les données concernant la position de la source de rayonnement à suivre. Le dispositif de localisation selon l'invention 10 utilise un dit détecteur de position non-subdivisé qui est connu par exemple par Dr. R. Seitner, MeB - und Regeltechnik GmbH, Herrsching sous le code de désignation "PSD S 1200" ou "PSD S 1300". Un tel détecteur de position est en principe bâti comme une 15 diode PIN de grande surface dont la couche P et/ou N est réalisée sous la forme d'une couche mince qui présente une résistance de surface très constante et qui est munie d'une ou de deux paires d'électrodes sur deux ou quatre arêtes. Un point lumineux arrivant sur la surface 20 produit au niveau des électrodes un signal qui correspond à la position du point lumineux sur la surface et qui peut étre prélevé après traitement dans une electronique de localisation spéciale. Ces signaux de sortie sont utilisés pour la commande des étages 25 excitateurs des lignes et des colonnes d'un diaphragme à cristaux liquides et, pour l'identification de la source de rayonnement à chaque fois considérée, les éléments réticulés, dans une zone englobant la position de la source de rayonnement détectée et ayant une représentation prédéterminée des contrastes, commutent dans un état transparent ou opaque au rayonnement. Il 5 est particulièrement avantageux en pareil cas de pouvoir choisir entre les deux représentations des contrastes, donc de pouvoir les commuter. De cette façon soit on produit un diaphragme entourant la source de rayonnement et laissant passer la lumièrede celle-ci, soit on 10 pbscircot cette source de rayonnement. Avec un tel dispositif de localisation, il est alors possible de suivre et de guider par exemple un missile doté d'une source de rayonnement sur son arrière, les sources de rayonnement éventuellement parasites 15 apparaissant dans le champ visuel pouvant être supprimées déjà avant le lancement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés en partie schématiquement par le dessin annexé, sur lequel: la figure la représente la structure d'un dispositif de localisation comprenant un diaphragme à cristaux liquides; la figure lb représente une commande séquentielle; 25 les figures 2a et 2b représentent l'état du diaphragme à cristaux liquides en représentations positive et négative des contrastes; la figure 2c représente l'état du diaphragme à cristaux liquide en cas d'inversion de l'état selon la figure 2b; la figure 2d représente l'état du diaphragme à 5 cristaux liquide dans la phase de captage d'une source de rayonnement; la figure 3 représente un circuit pour la commande d'un diaphragme à cristaux liquides avec possibilité de commutation de la représentation positive à la représentation négative des contrastes et inversement; la figure 4 est une coupe transversale d'une unité intégrée constituée d'un détecteur de position et d'un diaphragme à cristaux liquides; la figure 5 est un diaphragme à cristaux liquides 15 avec électronique de commande pour la localisation et la poursuite d'une source de rayonnement; Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure la, un élément à cristaux liquides 2 constitué d'éléments réticulés disposés en forme de matrice se 20 trouve dans le plan d'image intermédiaire d'une optique de réception 1. L'image intermédiaire apparaissant dans le plan de l'élément à cristaux liquides 2 est reproduite par une optique 3 sur un détecteur de position 4 non-subdivisé. Un tel détecteur de position 25 n'est en mesure que de localiser une seule source de rayonnement. Les signaux du détecteur de position 4 parviennent à l'électronique de localisation correspondante 5 qui, comme signal de sortie, délivrent les coordonnées x et y ainsi que l'intensité I en tant que signaux de sortie analogiques d'une source de rayonnement reproduite sur le détecteur. Pour leur 5 traitement ultérieur, ces signaux sont convertis en signaux numériques dans les convertisseurs analogiquesnumériques 6 et 7. Dans les appareils qui sont asservis à l'objectif ou qui sont tenus à la main, ii est prévu un circuit 8 10 comprenant deux capteurs d'accélération ou deux à trois capteurs magnétiques s'orientant sur le champ magnétique terrestre, les signaux de sortie XB et yB de ces capteurs étant convertis en signaux numériques au moyen d'un convertisseur analogique-numérique 9. Les capteurs 15 d'accélération ou les capteurs magnétiques mesurent le déplacement des éléments optiques et optoéiectroniques 1, 2, 3 et 4. Les données de positions x et y de l'électronique de localisation 5 sont corrigées, conformément à la dérive mesurée résultant du déplacement, à l'aide des signaux XB et yB émis par les capteurs d'accélération ou les capteurs atagnétiques, cette correction s'effectuant dans un module 10 à mémoire morte ou à mémoire morte programmable et effaçable qui est utilisé en tant que table dite de 25 recherche. Les valeurs corrigées X et Y traversent ensuite un module à mémoire morte 17, qui sera décrit ultérieurement, et parviennent à un processeur 11 qui comporte une commande séquentielle 12 et qui englobe les fonctions d'un générateur de grandeurs fenêtres 14, d'une commande à fenêtres consécutive 15 ainsi que d'un 5 dispositif de prévision 13 qui renferme pour l'essentiel un filtre Kalman. La commande de l'élément à cristaux liquides s'effectue alors au moyen d'un étage excitateur 16 qui est commandé par le processeur 11 et qui contient une inversion des contrastes comme décrit en référence à 10 la figure 3. La configuration minimale d'une commande séquentielle 12, d'une commande à fenêtres 15 et d'un générateur de grandeurs fenétres 14 est représentée à la figure lb à titre d'exemple- La commande séquentielle 12 15 comprend un générateur de rythme 12.1, un compteur à programme 12.2 et une mémoire morte programmable 12.3. Le compteur à programme, par l'intermédiaire de la mémoire morte programmable, commande le déroulement des fonctions et envoie ies signaux de commande nécessaires 20 C, D, et les impulsions d'horloge 1, 2, 3 au circuit selon la figure 3, ainsi qu'à la commande à fenêtres 15 et au genérateur 14. Le filtre Kalman 13 compare les adresses de position corrigées en dérive X et Y ainsi que l'intensité I à des valeurs calculées à l'avance. Si 25 les écarts se situent dans des limites prédéterminées, le filtre Kalman 13 délivre un signal "VRAI" à la mémoire morte programmable. La commande à fenêtres 15, qui se compose pour analogiques, prélève les morte 17 de la figure 1 et Ce dernier comprend une 5 associe à chaque adresse du temps et/ou du lieu (c' l'essentiel d'interrupteurs adresses X et Y de la mémoire les transmet au générateur 14. mémoire morte de données qui X et Y un article en fonction est-à-dire des adresse X et Y). Les adresses de données obtenues de cette façon sont introduites dans un registre à décalage dont la longueur correspond à la somme du nombre des lignes et des 10 colonnes. Les signaux de données ainsi préparés parviennent alors à l'étage excitateur selon la figure 3. En cas d'absence de signal d'intensité I en provenance de l'électronique de localisation 5, la commande séquentielle 12 à partir du filtre Kalman du 15 dispositif 13 envoie à la commande à fenêtres 15 un pronostic concernant la position de la source de rayonnement à détecter. Pour la commande des grandeurs fenêtres, on utilise soit les dérives X et Y soit l'information d'intensité I. Si la source de rayonnement 20 est un missile qui pénètre dans le champ visuel, la valeur du signal X ou Y sert de multiplicateur pour la grandeur fenêtre minimale. La possibilité de commutation mentionnée ci-dessus entre contrastes positif et négatif, donc ladite 25 inversion de contrastes, est avantageusement intégrée à l'étage excitateur 16 et illustrée à la figure 3. Grâce a l'étage excitateur indiqué ici, on obtient une commutation de la représentation des contrastes telle qu'elle est illustrée, d'une part, à la figure 2a (représentation positive des contrastes) et d'autre part à la figure 2b (représentation négative des contrastes). 5 Généralement, en cas de commande statique, donc en fonctionnement sans multiplexage, on obtient par inversion des signaux de données X et Y une inversion des contrastes qui peut par exemple commuter d'une représentation selon la figure 2b à une représentation 10 selon la figure 2c. Une représentation selon la figure 2c n'est cependant pas souhaitée pour l'agencement décrit ici, car un nombre d'éléments réticulés plus grand qu'il n'est absolument nécessaire serait alors obscurci. En cas d'une source de rayonnement sensiblement ponctuelle, donc par exemple d'un missile qui se déplace depuis l'extérieur jusqu'au milieu du champ d'image, il faut absolument maintenir libre le bord de la surface de l'image (voir figure 2d). Cela n'est toutefois pas obtenu par une inversion des 20 contrastes réalisés par inversion des signaux de données comme décrit ci-dessus. Le circuit représenté à la figure 3 autorise en revanche toutes les possibilités de représentation des figures 2a, b et d. Une caractéristique essentielle du circuit selon 25 la figure 3 est la commutation des potentiels de référence 16.91 et 16.92 des étages excitateurs -CI 16.1 et 16.2 par les commutateurs électroniques 16.3, 16.4 et 16.5. Les signaux de donnees sortants et destinés aux étages excitateurs sont toujours pris en charge dans le registre à décalage des excitateurs CI 16.1 et 16.2 lorsque le potentiel de reférence, donc 5 la terre, de la logique 16.6 est appliqué aux commutateurs électroniques 16. 4 et 16.5. Le circuit représenté à la figure 3 utilise des excitateurs LCD disponibles dans le commerce (par exemple Hughes 064) qui nécessitent des alimentations en 10 tension 16.94 et 16.96 de 5 V pour la logique interne et des tensions d'excitation 16.93 et 16.95 de par exemple 20 V. A l'inverse du circuit autrement usuel. il faut que dans le circuit de la figure 3 les tensions d'alimentation 16.93, 16.94 et 16.95, 16.96 soient sans 15 potentiel, par exemple au moyen de transformnateurs non représentés à la figure 3. Ce n'est qu'alors qu'il est possible, par les commutateurs 16.4 et 16.3, de décaler les potentiels de référence des excitateurs de la tension établie en 16.91 ou 16.92. Grâce l cette mesure, 20 d'une part, la montée en tension au niveau de l'élément de matrice formé par les lignes 16.13 et les colonnes 16.i2 est augmentée de la valeur de la tension régléee en 16.91 ou 16.92 et, d'autre part, cela autorise la méthode de commande dite U/3 nécessaire & la commande 25 d'une matrice LCD. La méthode- de commande U/3 est par exemple décrite dans "Funkschau 1984, numéro 11, pages 55 à 61. Lors de la commutation des potentiels de référence avec la fréquence d'horloge "impulsion d'horloge i" il faut encore que quelques autres signaux de la logique d'excitation soient commutés en phase. Cela est représenté symboliquement à la figure 3 par les 5 inverseurs 16. 10 et -16.11. Les impulsions de données pour les excitateurs sont introduites avec l'impulsion d'horloge 2 dans le registre à décalage intégré dans l'étage excitateur L'inversion des contrastes s'effectue au moyen du 10 commutateur 16.3. A la position, représentée à la figure 3, du commutateur, les lignes et les colonnes sélectionnées avec 1 logique apparaissent par exemple en clair à chaque point de croisement, tandis que les autres éléments de la matrice 16.12 et 16.13 restent 15 sombres. Si l'on déplace le commutateur, la tension 16. 91 venant s'ajouter à la tension 16.92 provoque une inversion des contrastes, c'est-à-dire que les éléments de matrice précédemment transparents deviennent sombres. Certains détecteurs, comme par exemple les détecteurs photoconducteurs, nécessitent pour fonctionner une source de rayonnement modulée. On tient généralement compte de cet impératif en plaçant devant le détecteur un disque modulateur qui est entraîné par voie électromécanique et à une fréquence fixe adaptée à 25 la sensibilité du détecteur. Cette complication disparaît dans l'agencement représenté à la figure la attendu que l'élément LCD - 2 peut engendrer une 25988 14 ::..:' modulation du rayonnement incident grâce au commutateur 16.14 représenté à la figure 3. Le commutateur 16.14 est en pareil cas actionné en continu à la fréquence d'horloge ''impulsion d'horioge 3" qui correspond à un 5 multiple entier de la fréquence d'horloge "impulsion d'horloge 1". La fréquence d'horloge "impulsion d'horloge 3" peut par exemple être engendrée dans la commande séquentielle 12. En particulier avec les détecteurs de position 10 fonctionnant en courant alternatif et dans lesquels le traitement des signaux est séparé des sorties du détecteur par des condensateurs, on peut avantageusement utiliser l'agencement selon la figure 1. Ici, seuls sont modulés les éléments réticulés de l'élément à cristaux 15 liquides 2 qui sont associés à la source de rayonnement dans le champ d'image, tandis que les autres éléments réticulés restent non modulés. Les éléments réticulés modulés se déplacent en synchronisme avec la source de rayonnement. Comme représentation on peut choisir aussi 20 bien la représentation positive que la représentation négative des contrastes. Ce procédé présente l'avantage que l'on peut suivre en même temps plusieurs sources de rayonnement avec des moyens électroniques relativement simples. Ce résultat est obtenu en associant par exemple 25 à la commande séquentielle 12 un module à mémoire à accès aléatoire 17 dans lequel on mémorise les dérives X et Y des sources de rayonnement. Les positions de ces sources de rayonnement sont appelees les unes après les autres et envoyées au- générateur de grandeurs fenêtres 14 ainsi qu'à la commande à fenêtres 15 qui module les éléments réticulés correspondants avec une fréquence 5 présélectionnée, par exemple avec les impulsions d'horloge 3, 4, 5 qui sont un multiple entier de la fréquence d'horloge 1 de la figure 3. Par ailleurs, une pondération des différentes sources de rayonnement est rendue possible par le fait que celles-ci sont souvent 10 sélectionnées de façon différente. Si la source de rayonnement est par exemple un missile qui pénètre dans le champ d'image depuis l'extérieur, le champ d'image, sur l'ordre de la commande séquentielle 12, est examiné avant le lancement 15 du missile en vue de détecter la présence de sources de rayonnement parasites et les dérives de ces sources de rayonnement sont introduites dans la mémoire à accès aléatoire 17. En pareil cas, chaque déplacement des modules 1 à 4 définissant i'axe optique provoque une 20 correction de ces dérives par l'électronique 8 équipée de capteurs d'accélération ou de capteurs magnétiques. Après achèvement de cette procédure d'exploration qui est contrôlée par la commande séquentielle, seuls sont modulés sur le bord de l'image les éléments réticulés 25 qui correspondent à la position attendue du missile' après son lancement. Dès que le missile a été localisé, il se produit un suivi de celui-ci par modulation du ou des éléments réticulés qui correspond ou correspondent à la position du missile. La figure 5 représente un circuit analogique simplifié correspondant au circuit numérique selon la 5 figure 1 sans utilisation de capteurs d'accélération ou de capteurs magnétiques 8 et sans filtre Kalman 13. Les élements 1 à 5 correspondent à ceux de la figure 1 et il en est de même de l'étage excitateur 16 qui correspond à la figure 3. La commande séquentielle 12 -produit 10: également comme à la figure lb les signaux de commande nécessaires à l'étage excitateur 16 et au générateur de grandeurs fenêtres. La figure 4 représente la structure d'une unité intégrée détecteurcristaux liquides. Sur une plaque de 15 verre 20, tournée du côté d'une optique de réception, sont tout d'abord appliquées les couches 21 à 25 destinées à créer un élément à cristaux liquides à éléments réticulés commandés qui sont séparés des couches 27 à 29 d'un détecteur de position au moyen 20 d'une couche isolante transparente 26. L'élément à cristaux liquides est formé par les électrodes transparentes 21 des colonnes,- par une couche d'orientation 22 constituée de polymères à longues chaînes sans ramification latérale, par le cristal 25 liquide 23, par une autre couche d'orientation 24 ainsi que par les électrodes de rangées 25. Les quatres électrodes extérieures 27 du détecteur de position sont appliquées derrière la couche isolante 26, par exemple en SiO2 ou en polyamide. Une couche résistive transparente 28 en indium-oxyde d'étain ou en matériau semi-conducteur dopé est au contact de ces quatres 5 électrodes extérieures, suivie par une couche photosensible 29 en sulfure de plomb ou en un autre matériau semi-conducteur à laquelle succèdent les électrodes de base 30. Pour finir est encore disposée une plaque 31 en verre ou en silicium qui sert de 10 support aux couches 26-30 et à la couche de cristaux liquides. Grâce à cet agencement, on peut supprimer une image intermédiaire, donc l'optique 3 selon la figure 1. REVENDICATIONS 1.. Dispositif de localisation optoélectronlque d'une source de rayonnement, comprenant une optique de reproduction dans le plan d'image de laquelle est 5 installé un détecteur optoélectronlque, ainsi qu'un élément à cristaux liquides, placé dans le trajet des rayons entre l'optique et le détecteur, pour diaphragmer les sources de rayonnement parasites (émetteurs de rayonnement parasite), l'élément à cristaux liquides 10 comportant des éléments réticulés disposés en forme de matrice et commandés au moyen d'étages excitateurs de lignes et de colonnes électroniques, caractérisé par le fait que le détecteur optoélectronique est un détecteur de position (4) non-subdivisé comprenant une électronique de localisation (5) dont les signaux de sortie commandent l'étage excitateur (16) des lignes et des colonnes et que, pour l'identification d'une source de rayonnement, les éléments réticulés, dans une zone englobant la position à chaque fois considérée d'une 20 source de -rayonnement détectée,.sont constamment ou de façon modulée soit opaques au rayonnement, en représentation positive des contrastes, soit transparents au rayonnement, en représentation négative des contrastes, et que les autres éléments réticulés 25 présentent une transparence respectivement opposée. 2. Dispositif selon la revendication 1i, caractérisé par le fait qu'il est prévu un circuit électronique (figure 3) pour commuter entre les deux représentations des contrastes. 3. Difspositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le détecteur et les éléments 5 à cristaux liquides forment une unité intégrée (figure 4). 4. Procédé de repérage d'une source de rayonnement avec un dispositif de localisation _optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 10 caractérisé par le fait qu'il comporte les opérations successives suivantes: a) localisation d'une source de rayonnement dans une scène à observer avec élément à cristaux liquides transparents au moins par sections; b) diaphragmation de l'environnement entourant la source de rayonnement à suivre par commande des éléments réticulés en représentation négative des contrastes avec les données concernant la position de la source de rayonnement à suivre. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'entre les opérations à exécuter conformément aux revendications 4a et 4b, on insère les opérations successives suivantes: a) diaphragmation de la source de rayonnement 25 parasite par commande des éléments réticulés en représentation positive des contrastes avec les données concernant la position de la source de rayonnement parasite b) localisation de la source de rayonnement à suivre avec élément à cristaux liquides diaphragmant uniquement la source de rayonnement parasite et par ailleurs transparent. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que la diaphragmation de plusieurs sources de rayonnement parasites par commande 10 des éléments réticulés en représentation positive des contrastes avec les données concernant la position de la source de rayonnement parasite s'effectue en fonctionnement avec multiplexage videéo. 7. Procédé selon la revendication 4 ou 6, 15 caractérisé par le fait que la commande des éléments réticulés avec les données concernant la position d'au moins une source de rayonnement à localiser s'effectue de façon modulée à différentes fréquences distinctement associées à la ou aux sources de rayonnement à localiser. 20 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait qu'on capte les déplacements du dispositif de localisation et qu'on corrige les données concernant les positions des sources -de rayonnement détectées conformément au décalage d'image 25 provoqué par le déplacement.