Brevet FR2638243A1 — publié le 19900427

La présente invention concerne un appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique, constitué essentiellement, dans la direction de traversée du rayonnement, par une lunette à infrarouge, un élément d'exploration, un objectif pour détecteur, un détecteur présentant une possibilité de réglage et un amplificateur branché en aval de ce détecteur, le rayonnement délivré par cet appareil étant soumis à une conversion opto-électro- nique en vue d'obtenir une visualisation de l'image. D'après la demande de brevet allemand DE 33 29 588 C1, on connaît par exemple un ensemble d'un appa- reil combiné incluant un appareil de formation d'images ob- tenues par rayonnement thermique, du type indiqué. Dans cet appareil, il est prévu une possibilité de réglage du dé- tecteur, même si elle n'est pas indiquée à proprement par- ler dans ce document. De telles possibilités de réglage peuvent être obtenues manuellement au moyen d'un potentio- mètre ou automatiquement dans un dispositif de traitement des signaux, branché en aval du détecteur. Alors qu'avec la multiplicité actuelle d'éléments individuels du détecteur, on ne peut plus dans la pratique réaliser le réglage manuel surtout en raison de la dépense du point de vue place et temps, qui y est liée, on ne connaissait jusqu'alors aucun procédé automatisé permettant de tenir compte simultanément de plusieurs paramètres. C'est pourquoi, l'invention a pour but de créer une possibilité de réglage, permettant de régler simul- tanément et de façon automatique l'amplification et la sen- sibilité des signaux des éléments individuels du détecteur, dans un appareil connu en soi de formation d'images obte- nues par rayonnement thermique. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait qu'au voisinage de l'objectif du détecteur se trouve disposée au moins une source de référence de température, qui envoie aux éléments individuels du détecteur au moins deux intensités diffé- rentes de rayonnement en vue du réglage des éléments du dé- tecteur, pendant les intervalles de temps de l'élément d'exploration non utilisés pour l'irradiation thermique de la scène. De ce fait, deux intensités de rayonnement (ou éventuellement également une multiplicité d'intensités de rayonnement) peuvent être émises de façon simple au voisi- nage de l'amplificateur du dispositif de traitement de si- gnaux, sans que ceci n'influe sur les signaux thermiques émis par la scène. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après, prise en référence aux dessins annexés, sur les dif- férentes figures desquels les éléments, qui se correspon- dent, sont désignés par les mêmes chiffres de référence, et sur lesquels: - la figure 1 représente le dessin de principe d'un canal de formation d'images obtenues par rayonnement thermique; - la figure 2 représente l'amplitude d'oscilla- tion de l'élément d'exploration; - la figure 3 représente une source de référence de température branchée, du point de vue optique, entre les éléments optiques de formation d'images du canal de forma- tion d'images obtenues par rayonnement thermique; - la figure 4a représente un disque réalisé en un matériau partiellement réfléchissant et partiellement transparent et servant à transmettre le signal de réfé- rence; - la figure 4b représente une variante du disque conforme à la figure 4a; - la figure 5 représente une variante du disposi- tif de la figure 3 -possédant un axe optique coudé, dans le canal de formation d'images obtenues par rayonnement ther- mique; - la figure 6 représente un canal de formation d'images obtenues par rayonnement thermique, comprenant deux sources de référence de température; et - la figure 7 représente la disposition de deux sources de référence de température sur une roue à ai- lettes. Sur la figure 1, le rayonnement thermique d'une scène traverse la lunette à infrarouge 1 pour tomber sur l'élément d'exploration 2, qui est incliné par exemple à dans sa position de repos (représentée par une ligne en trait plein) et renvoie à angle droit le rayonnement, de manière qu'il traverse les deux éléments optiques 3 et 4 de formation d'images de l'objectif 3,4 d'un détecteur 5, pour qu'il tombe sur ce dernier ou sur les éléments individuels de ce détecteur. La formation de l'image s'effectue par exemple au moyen de deux demi-images. C'est-à-dire que la première exploration détecte toutes les lignes impaires 1,3,5, etc. et que la seconde exploration détecte toutes les lignes paires 2,4,6, etc. (décalage des lignes). Après conversion opto-électronique, le signal parvient par l'in- termédiaire de l'amplificateur 6 dans le dispositif de traitement des signaux. L'élément d'exploration 2 oscille par exemple avec une amplitude visible sur la figure 2 et une durée d'exploration to. Cette durée se compose d'un intervalle de temps actif relativement lent t, et d'un intervalle de temps inactif beaucoup plus faible t2. En outre l'interval- le de temps inactif inclut l'intervalle de temps de retour t3. Pour donner un ordre de grandeur, on indique par exemple les valeurs de temps suivantes: de façon typique to = 20 ms de façon typique t1 = 14 ms de façon typique t2 = 6 ms de façon typique t3 = 2 ms. Il s'agit là de l'état connu de la technique. La figure 3 diffère de la figure i essentielle- ment par le fait qu'entre les objectifs 3 et 4 de formation d'images, et ce de préférence au voisinage de la section transversale la plus petite du rayonnement, le rayonnement de la source de référence de température 9- 11 est transmis par l'intermédiaire d'un disque 7 formant miroir le long de l'axe optique 14 du canal de formation d'images obtenues par rayonnement thermique. L'envoi au miroir s'effectue par l'intermédiaire de l'objectif 12. La formation de l'image de la source peut être diffuse ou flocalisée. 0 La source de référence de température 9-13.1 est constituée par un élément Peltier 9, dont la face, tournée vers l'appareil de formation d'images obtenues par rayonne- ment thermique, porte l'émetteur 10 et dont la face, tour- née à l'opposé de l'émetteur, porte la surface de refroi- dissement 11, qui évacue la chaleur. Dans le présent exemple de réalisation, on utilise comme surface de refroi- dissement des ailettes de refroidissement et comme émetteur un bloc de cuivre. Dans d'autres exemples de réalisation, on peut également utiliser d'autres configurations de sur- faces de refroidissement et d'émetteurs, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Les axes optiques de l'appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique et de la source de référence de température 9-11 sont perpendiculaires dans cet exemple de réalisation de sorte que le disque 7 fait un angle de 45* avec ces axes. Comme le montre la figure 4a, il possède, le long de son diamètre, une zone partiellement réfléchissante 7', que jouxtent deux zones transparentes 7" et 7"'. En vis-à-vis de la zone 7' se trouve également dis- posée une zone partiellement réfléchissante 7IV. Le coeffi- cient de réflexion de la zone 7' est égal par exemple à % et le coefficient de réflexion de lazone 71v est égal à 60 %. Selon une variante, qui serait utilisée par exemple dans un dispositif conforme à la figure 5, qui sera décrite plus loin, il est prévu que les zones 7" et 7"' produisent une réflexion à 100 % et que les zones 7' et 7IV possèdent des transparences différentes (c'est-à-dire pos- sèdent des coefficients de transmission égaux par exemple à 80 % et à 60 %). Selon une autre variante représentée sur la fi- gure 4b, seules subsistent les zones 7' et 7IV du disque initial repéré par une ligne formée de tirets, qui présen- tent des réflexions différentes, tandis que les segments contigus sont remplacés d'une certaine manière par l'air. D'autre part, on peut imaginer une variante qui serait utilisée à nouveau dans un dispositif conforme à la figure 5 et dans lequel les zones 7" et 7"' subsistent et réalisent une réflexion à 100 %, tandis que les zones 7' et 7IV sont remplacées par l'air. Ce qui est essentiel pour le fonctionnement c'est que l'exploration de la scène occupe la majeure partie de la période conformément à la figure 2 et que pour l'opéra- tion de réglage, on ne dispose que des intervalles de temps d'inactivité t2 et t3. C'est pourquoi, le disque 7 est tout d'abord entraîné par l'intermédiaire du moteur 8, en syn- chronisme avec l'élément d'exploration 2. Pendant l'intervalle de temps t2 et/ou t3, deux intensités de rayonnement différentes -ce qui est conditionné par les ré- flexions ou les transparences différentes des zones 7' et 7Iv du disque 7parviennent en circulant le long des axes optiques 13 et 14 dans la zone de l'amplificateur 18, o elles sont alors disponibles en tant que signaux de réfé- rence pour le réglage de la sensibilité d'amplification des éléments individuels du détecteur. Les deux sources de ré- férence de température visibles -ce qui est conditionné dans le présente exemple de réalisation par l'agencement du disque 7- émettent en alternance sur l'axe optique, et ce après chaque demi-image (durée d'inactivité). Sur la figure 5, on a représenté un exemple de réalisation, qui correspond sensiblement à la figure 3 et dans lequel, pour des raisons de construction, l'axt op- tique 14 du canal de formation d'images obtenues par rayon- nement thermique est coudé à 90*, le disque 7 étant utilisé pour dévier le rayonnement. On pourrait imaginer que, dans cet exemple de réalisation, on ne puisse pas satisfaire en- tièrement aux exigences élevées concernant la précision op- tique, en raison du déplacement du disque 7 au moyen d'un moteur. Dans un tel cas, il est recommandé d'abandonner les deux sources de référence de température 9-11 et 9'-11' seulement apparemment présentes -grâce à l'artifice de la forme de réalisation particulière du disque- pour passer à deux sources effectivement présentes conformément à la fi- gure 6. Pendant les intervalles de temps d'inactivité t2,t3 ou t2+t3, on insère ces sources successivement dans le tra- jet du rayonnement, tandis que la zone médiane du disque 11, 11' doit être transparente pendant l'intervalle de temps tl. La figure 7 représente un autre exemple de réali- sation du type décrit précédemment. Ici les sources de ré- férence de température 9-11 et 9'-11' sont fixées dans les zones marginales extérieures des deux ailettes de la roue à ailettes 15 en étant isolées électriquement. La roue à ai- lettes est montée de manière à pouvoir tourner sur l'arbre 18 parallèle à l'axe optique 14'et amène par pivotement les sources dans le trajet de rayonnement au cours de la durée d'inactivité. L'application 16 d'une tension aux éléments Peltier 9 et 9' s'effectue par l'intermédiaire de bagues glissantes 17. Il va de soi qu'en cas de besoin, il est possible d'avoir également une combinaison -des exemples de' réalisa- tion des figures 3 et 5 incluant les deux sources de réfé- rence de température effectivement présentes des figures 6 et 7, sans que ceci soit représenté de façon explicite. En outre, dans tous les exemples de réalisation traités précé- demment, on peut également imaginer d'augmenter le nombre aussi bien des sources de référence de température effecti- vement présentes que des sources de référence de tempéra- ture apparentes, ce dernier cas nécessitant de modifier de façon correspondante la configuration du disque 7. REVEND I CATIONS 1. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique, constitué essentiellement, dans la direction de traversée du rayonnement, par une lunette à infrarouge (1), un élément d'exploration (2), un objectif (3,4) pour détecteur, un détecteur (5) présentant une pos- sibilité de réglage et un amplificateur (6) branché en aval de ce détecteur, le rayonnement délivré par cet appareil étant soumis à une conversion opto-électronique en vue d'obtenir une visualisation de l'image, caractérisé en ce qu'au voisinage de l'objectif (3,4) du détecteur se trouve disposée au moins une source de référence de température (9-11), qui envoie aux éléments individuels du détecteur au moins deux intensités différentes de rayonnement en vue du réglage des éléments du détecteur, pendant les intervalles de temps de l'élément d'exploration (2) non utilisés pour l'irradiation thermique de la scène. 2. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise, comme intervalles de temps pour le ré- glage, la durée de retour (t2) et/ou la durée d'inversion de marche (t3) de l'élément d'exploration (2). 3. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon les revendications 1 et 2 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que la source de référence de température (9-11) est disposée dans la di- rection de traversée du rayonnement en amont ou en aval de l'objectif (3,4) du détecteur ou entre les éléments op- tiques de formation d'images (3;4) de cet objectif, de pré- férence au voisinage de la section transversale la plus faible du rayonnement. 4. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le cas de l'utilisation d'une seule source de référence de tempéra- ture (9-11), son axe optique (13) est perpendiculaire au moins à une partie de l'axe optique (14) du canal de forma- tion d'images obtenues par rayonnement thermique et coin- cide avec cet axe au-delà du miroir (7). 5. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le miroir (7) est réalisé sous la forme d'un disque circulaire et est entraîné par l'intermédiaire d'un moteur (8), en synchronisme avec l'élément d'exploration (2). 6. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon les revendications 4 et 5 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le miroir (7) est constitué, le long d'un diamètre, respectivement pour moi- tié par une bande partiellement réfléchissante (7' ou 7Iv), que jouxtent éventuellement-, des deux côtés, des segments transparents (7";7"') du disque, ou que ces derniers seg- ments (7";7"') fournissent une réflexion totale et que les premiers segments (7';71v) sont remplacés par l'air. 7. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon les revendications 4et 5 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le miroir (7) est constitué, le long d'un diamètre, pour moitiés respec- tives, par des bandes (7',7Iv), qui possèdent des transpa- rences différentes et que jouxtent, des deux côtés, des éléments (7",7"') du disque, qui réalisent une réflexion totale. 8. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'une source respective de référence de température (9-11;9'-11'), qui peut être insé- rée en alternance dans le trajet du rayonnement pour réali- ser le réglage, est disposée, dans la direction de tra- versée du rayonnement, parallèlement au trajet du rayonne- ment du canal de formation d'images obtenues par rayonne- ment thermique et au moins dans deux positions réciproque- ment opposées. 9. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux sources de référence de température (9- 11;9'-11') sont fixées sur les deux ailettes d'une roue à ailettes (15) pouvant être introduite alternativement par pivotement, en ces emplacements, dans le trajet du rayonne- ment du canal de formation d'images obtenues par rayonne- ment thermique. 10. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux sources de référence de température (9- 11; 9'-11') sont isolées électriquement par rapport à la roue à ailettes et que l'envoi (16) d'une tension à ces sources s'effectue par l'intermédiaire de bagues glis- santes (17). 11. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10, caractérisé en ce qu'on utilise, comme source de référence de température (9-11), un élément Peltier (9), dont la face tournée vers l'appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique comporte un émetteur (10), tandis que sur la face située à l'opposé de cet émet- teur, une surface de refroidissement (11) évacue la cha- leur. 12. Appareil de formation d'images obtenues par rayonnement thermique selon la revendication 11, caracté- risé en ce que l'émetteur (10) est constitué essentielle- ment par un bloc de cuivre et que la surface de refroidis- sement (11) est constituée par un certain nombre deailet- tes de refroidissement.