Brevet FR2647894A1 — publié le 19901207

Dispositif électro-optique de reconnaissance aérienne L'invention a pour objet un dispositif électrooptique de reconnaissance aérienne & imagerie infrarouge, dispositif du type comportant une tête optique de formation d'image d'une scène å l'infini sur une première extrémité de fibres optiques dont l'autre extrémité est couplée, par une optique relais de transport d'image commune å tout le faisceau de plusieurs fibres optiques, & un capteur électro-optique appartenant & une mosaSque de capteurs à couplage de charges. Elle concerne notamment, mais non exclusivement un dispositif électro-optique destiné d être monté sur un véhicule aérien ou spatial, le balayage de la scène à explorer (au sol ou dans l'espace) étant assuré par le mouvement même du véhicule. Il est ainsi possible de se dispenser des moyens optiques déflecteurs couramment utilisés : du fait du déplacement du véhicule, le dispositif explore une bande de terrain par tranches successives dans le sens de l'avancement, suivant le procédé fréquemment dénommé "lave-pont" ou "push-broom". De tels moyens déflecteurs peuvent cependant être utilisés et sont préférables dans certains cas. A l'heure actuelle, on ne peut espérer obtenir la définition requise qutà condition de fractionner chaque tranche observée de la bande, transversalement au sens de balayage, en un grand nombre de points élémentaires d'image ou pixels. Pratiquement, la largeur de la bande doit représenter 1000 å 10 000 pixels. Des dispositifs connus du type ci-dessus défini, dont les capteurs sont répartis selon une barrette, tels que celui décrit dans le document FR-A-2 531 232 et destiné à des auto-directeurs ayant un dispositif optique de balayage du champ, ne permettent pas d'atteindre ce résultat. En effet, on ne dispose pas à l'heure actuelle de barrettes de capteurs électro-optiques sensibles dans le domaine infrarouge et comportant un si grand nombre de capteurs et il serait très coOteux d'en réaliser. Au surplus, il serait difficile de constituer un cryostat capable de maintenir à la méme basse température tous les capteurs d'une barrette aussi importante. L'invention vise & fournir un dispositif du type ci-dessus défini, destiné d être monté sur un véhiculé de reconnaissance aérienne et assurant le balayage du fait de son déplacement ou de moyens optiques déflecteurs, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'utiliser des mosaïques de capteurs commercialement disponibles. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif dans lequel les premières extrémités des fibres du faisceau sont disposées de façon à constituer une barrette allongée de détection présentant, dans le sens transversal å la direction d'exploration, un nombre d'extrémités supérieur de plusieurs ordres de grandeur au nombre d'extrémités dans le sens de l'exploration, tandis que les capteurs sont disposés suivant une mosaïque ayant des dimensions du même ordre de grandeur dans les deux sens. La mosaique est placée dans un cryostat dont le diaphragme froid correspond avantageusement à la pupille de sortie de l'optique relais de transfert d'image. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés b titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est un schéma de principe d'un premier mode de réalisation de l'invention, comportant une seule tête optique de formation d'image, l'échelle n'étant pas respectée pour plus de clarté ; - la Figure 2 est un schéma destiné à faire apparaître une constitution possible de l'optique relais de la Figure 1 et b donner une indication sur les dimensions relatives des composants - la Figure 3 est un schéma de principe d'une variante de réalisation de la Figure 1, montrant un dispositif å plusieurs tetes optiques couplées & une même mosaïque de capteurs. Le dispositif électro-optique de reconnaissance aérienne montré schématiquement sur - la Figure 1 est notamment utilisable sur un véhicule aérien ou spatial, en vue de la détection de phénomènes locaux au sol, se traduisant par une émission de lumière dans le domaine infrarouge. Dans ce but, le dispositif montré en Figure 1 comporte une tête optique, schématisée sous forme d'un miroir 10 fixé sur le véhicule, et une optique 12 destinée à former l'image d'une tranche 14 d'une bande d'observation 16 sur les premières extrémités 18 d'un faisceau de fibres optiques 20. Comme on l'a indiqué plus haut, on ne peut atteindre la définition requise pour de nombreuses applications qu'en fractionnant l'image formée par l'op- tique 12 en un très grand nombre de pixels, en général 1000 å 10 000 pixels. Cela implique un faisceau comportant 1000 å 10 000 fibres optiques dont les premières extrémités sont alignées suivant une direction orthogonale å celle du défilement de l'image sur elles lors du déplacement du véhicule porteur. Lorsque le dispositif est destiné å fonctionner dans la partie infrarouge du spectre, les fibres doivent comporter une gaine relativement épaisse pour que leur transmission soit acceptable, ce qui se traduit par des intervalles importants entre les coeurs de fibres adjacentes si elles sont directement accolées sur une seule ligne. Pour réduire les intervalles, il peut être avantageux de disposer les premières extrémités des fibres du faisceau 20 en quinconce sur deux rangées, comme illustré sur la Figure 1. A titre d'exemple, dans la bande spectrale de 2 & 5 rm on peut indiquer que le dispositif peut comporter un faisceau de 1024 fibres ayant chacune un diamètre extérieur de 100 zm et 20 zm d'epaisseur de gaine. Le coeur des fibres peut être constitué en verre fluoré dont l'atténuation, à une longueur d'onde de 2,55 zm, est de guelques dB par km. De telles fibres peuvent avoir une ouverture numérique depassant 0,4. Les secondes extrémités 22 des fibres du faisceau 20 sont disposées de façon homothétique de celles des capteurs élémentaires d'une mosaïque 24. Dans le cas illustré sur la Figure 1, la mosaique 24 est constituée d'une seule matrice de capteurs qu'on supposera etre du type à couplage de charges. Le transport d'image entre les secondes extrémités 22 des fibres du faisceau 20 et la mosalque 24 est réalisé par une optique relais télécentrique 26, en matériau transparent dans le rayonnement infrarouge. La mosaïque 24 est placée dans un cryostat 28 de maintien à basse température et elle est munie d'un refroidisseur. Ce cryostat s'ouvre sur l'extérieur par un diaphragme froid 30 percé d'une ouverture, face & la mosaïque 24. L'optique relais 26 est avantageusement prévue de façon å faire correspondre la pupille de sortie de l'optique relais 26 avec l'ouverture du diaphragme 30, la pupille d'entrée étant à l'infini. Dans ces conditions, la mosalque 24 ne "voit" que le faisceau infrarouge utile reçu des extrémités 22 et le diaphragme froid, ce qui réduit le bruit de fond de l'ensemble du système détecteur. Si on utilise une monarque de capteurs à couplage de charges, dite CCD, commercialement disponible, de 32 x 32 capteurs, on voit qu'il est possible d'obtenir une définition sur la bande 16 correspondant à près de 1000 pixels. L'utilisation éventuelle de mosai ques, également disponibles, de 64 x 64 capteurs, permet d'augmenter considérablement la définition ou de réduire encore le bruit de fond en disposant les premières exextrémités 18 suivant plusieurs lignes accolées et en uti lisant un transfert synchrone des charges d'un capteur à un autre de la mosaïque, avant transfert dans un regis tre å décalage et dans une électronique d'exploitation. Cette disposition implique cependant de reporter hors du plan focal certains éléments, tels que les registres. On peut utiliser des circuits existants compor tant, en plus de la mosalque, une horloge, des réseaux de synchronisation et des préamplificateurs. Toutefois, il sera souvent nécessaire de commander les décalages par un circuit adapté. Comme le montre la figure 2, l'optique relais 26 sera généralement constituée de plusieurs lentilles et aura un encombrement très supérieur à celui de la mosaique 24 et du groupement matriciel des extrémités 22 des fibres. Le cryostat (non représenté) est placé de façon que son diaphragme froid d'entrée coïncide en dimension et en position avec la pupille 34 de l'optique relais. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. En particulier, il est possible d'associer plusieurs têtes ayant des optiques en matériaux différents ou ayant des champs d'observation différents à & une même mosaïque de capteurs, les tètes étant utilisées simultanément. La Figure 3 (où les elements correspondant à ceux de la Figure 1 portent le même numéro de référence affecté d'un indice) montre un détecteur placé dans un cryostat 28a et une optique relais unique 26a. La mosaïque de capteurs est placée dans un plan conjugué du plan 32 dans lequel se trouvent les secondes extrémités de deux faisceaux 22a et 22b, ces extrémités pouvant par exemple etre disposées en quinconce. Les tetes optiques peuvent par exemple être prevues pour travailler dans des plages de longueur d'onde différentes. REVENDICATIONS 1. Dispositif électro-optique de reconnaissance aérienne à imagerie infrarouge, comportant une tete optique (12) de formation de l'image sur une première extremité (18) de fibres optiques dont l'autre extrémité est couplée, par une optique relais de transport (26) d'image commune à tout le faisceau de plusieurs fibres optiques, & un capteur électro-optique appartenant d une mosaique de capteurs & couplage de charges, caractérisé en ce que les premières extrémités (18) des fibres du faisceau sont disposées de façon å constituer une barrette allongée de détection présentant, dans le sens transversal å la direction d'exploration, un nombre d'extrémités supérieur de plusieurs ordres de grandeur au nombre d'extrémités dans le sens de l'exploration, tandis que les capteurs sont disposés suivant une mosaïque (24) ayant des dimensions du même ordre de grandeur dans les deux sens, ladite matrice étant placée dans un cryostat (28). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracterse en ce que le cryostat (28) est muni d'un diaphragme froid d'entree (30) placé dans le plan de la pupille de sortie de l'optique de transport d'image. (26). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs tètes optiques couplées par des faisceaux différents (22a, 22b) de fibres à une même mosaïque de capteurs. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérise en ce que les premières extrémités (18) sont disposées en quinconce sur deux rangées.