Brevet FR2687803A1 — publié le 19930827

1. La présente invention concerne un appareil pour re- cevoir et détecter simultanément un rayonnement électroma- gnétique dans la bande de l'infrarouge ainsi que dans la bande des ondes millimétriques. Il existe un besoin pour des types de systèmes de cette sorte dans les systèmes militaires de détecteurs, par exemple pour le guidage et la surveillance des missiles, o une bande large de longueurs d'onde de fonctionnement appor- tera un avantage opérationnel et donnera de meilleures per- formances. Dans la demande antérieure de brevet français n' 8 706 264, on décrit un système catadioptrique-pour per- mettre la réception simultanée d'un rayonnement infrarou- ge et d'un rayonnement millimétrique par l'intermédiaire d'une ouverture commune; mais cet agencement catadioptri- que se traduit par un certain blocage de louverture. Selon la présente invention, on prévoit un appareil pour recevoir et détecter simultanément un rayonnement élec- tromagnétique dans la bande de l'infrarouge et dans la ban- de des ondes millimétriques, l'appareil comprenant: un moyen d'ouverture pour recevoir et transmet- tre le rayonnement; un moyen fractionneur de faisceau pour recevoir le rayonnement en provenance du moyen d'ouverture, pour transmettre la composante infrarouge ou la composante mil- limétrique du rayonnement et pour dévier l'autre composan- te; 1 un sous-système de focalisation de rayonnement infrarouge placé de manière à recevoir la composante infra- rouge en provenance du moyen fractionneur de faisceau et pour donner une image de la composante à un plan focal; un sous-système millimétrique pour recevoir la composante millimétrique en provenance du moyen frac- tionneur de faisceau et en donner une image sur un réseau. On décrira maintenant un exemple non limitatif de la présente invention en liaison avec le dessin d'accompa- gnement, lequel est une vue de côté d'une partie d'un système de détecteur à bande d'ondes double. Le système décrit et illustré ici combine deux domaines de la technologie-des détecteurs Pour le systè- me à micro-ondes, un réseau de circuits intégrés antenne/ mélangeur (réseau dit MARS) est utilisé dans le plan- image des micro-ondes Ce dispositif peut fonctionner typi- quement dans la région 35-95 G Hz Le dispositif nécessite un milieu en contact avec lui qui présente la même constante diélectrique que le substrat du dispositif, par conséquent, il n'y a aucun interstice d'air entre la lentille finale et le dispositif Le rayonnement peut être injecté sur le réseau soit à partir de l'avant soit à partir de l'arrière, soit directement soit via un fractionneur approprié de faisceau. Le système décrit est constitué de deux systèmes 3. optiques qui sont combinés par l'utilisation d'un frac- tionneur de faisceau Les deux systèmes voient la même scène par l'intermédiaire d'une fenêtre commune. Le sous-système à infrarouge utilise des matériaux optiques pour infrarouge, par exemple du germanium et du sulfure de zinc, afin d'imager le rayonnement sur un dé- tecteur infrarouge approprié, par exemple un réseau de détecteurs en quadrant Le sous-système peut fonctionner soit dans le mode monochromatique pour la détection laser, soit couvrir une bande d'onde fine,-par exemple 8-12 mi- cromètres, pour imagerie thermique. Le sous-sytème à micro-ondes utilise des matériaux transmettant les micro-ondes avec une faible tangente de l'angle de pertes, par exemple de l'alumine, afin d'imager le rayonnement sur le réseau MARS Le réseau MARS est situé sur la surface finale de la lentille d'imagerie. L'ouverture optique commune précède les deux sous- systèmes décrits ci-dessus Elle utilise un élément de réfraction en sulfure de zinc qui transmet le rayonne- ment à micro-ondes et le rayonnement infrarouge Le rayon- nement est dirigé pour entrer dans les deux sous-ensembles par unfractionneur de faisceau, qui réfléchitle-rayonne- ment à micro-ondes et transmet le rayonnement infrarouge. Celui-ci pourrait être constitué d'un semi-conducteur transmettant l'infrarouge, par exemple le germanium, ou d'un fin tamis métallique, ou d'un bloc-diélectrique. En liaison maintenant avec la figure, -un élément 1 constitue la lentille de transmission micro-ondes/infra- rouge qui fournit une ouverture commune-pour les-sous-sys- tèmes suivants La lentille présente aussi une certaine puissance et par conséquent forme une extrémité antérieure commune pour les deux soussystèmes suivants L'élément 2 est le fractionneur de faisceau Le rayonnement à micro- ondes est réfléchi vers les lentilles ( 7, 8) pour micro-35 ondes, alors que le rayonnement infrarouge est transmis 4. au système optique à infrarouge ( 3, 4, 5). Le plan-image pour le sous-système à micro-ondes est situé à l'arrière de l'élément 8, alors que le plan-image 6 pour le sous-système à infrarouge est placé dans l'espace libre à l'arrière de l'élément 5 Comme on l'a indiqué pré- cédemment, le détecteur de micro-ondes comprend un réseau de circuits intégrés antenne/mélangeur fixé à la surface arrière de la lentille diélectrique 8, à son plan-image. Chaque circuit antenne/mélangeur comporte une paire de di- pôles en croix interconnectés via des diodes Dans chaque cas, un dipôle d'une paire de dipôles répond à un rayonnement polarisé linéairement qui est reçu via la lentil- le diélectrique 8, alors que -l'autre répond au rayonnement polarisé orthogonalement d'un oscillateur local, rayonne- ment qu'elle reçoit Le signal de l'oscillateur local pour le système à micro-ondes peut être injecté à l'arrière de l'élément 8 Les éléments 1 et 7 sont des lentilles en sulfure de zinc à surfaces sphériques Les éléments 3 et sont des lentilles en germanium à surfaces sphériques, et l'élément 4 est une lentille en sulfure de zinc à sur- faces sphériques L'élément 8 est une lentille en alumine avec un profil superficiel asphérique L'élément 2 est une fine plaque de germanium avec des surfaces plates, placée à -degrés par rapport à l'axe Tous les éléments optiques peuvent être revêtus de couches d'un diélectrique approprié de manière à améliorer la transmission. Des modes de réalisation de la présente invention fournissent un système d'imagerie compact, léger, qui fonc- tionne dans les longueurs d'ondes des micro-ondes et de l'infrarouge Les modes de réalisation de l'invention sont uniques en ce sens qu'ils fonctionnent simultanément dans les deux bandes d'ondes, et ne comportent pas le blocage de l'ouverture inhérent aux réalisations catadioptriques. De plus, une ouverture d'entrée commune est utilisée, ce qui réduit sensiblement les dimensions du système Le 5. système est donc rendu moins indiscret et réduit les risques de détection extérieure L' ouverture commune minimise également la susceptibilité du système aux erreurs des lignes de visée. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de va- riantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 6. REVENDICATIONS 1 Appareil pour recevoir et détecter simultané- ment un rayonnement électromagnétique dans la bande des on- des de l'infrarouge et des ondes millimétriques, caractéri- se en ce qu'il comprend: - un moyen d'ouverture ( 1) pour recevoir et transmettre le rayonnement; un moyen fractionneur de faisceau ( 2) pour rece- voir le rayonnement provenant du moyen d'ouverture, afin de transmettre la composante infrarouge ou la composante mil- limétrique du rayonnement et pour-dévier l'autre composan- te; un sous-système ( 3, 4, 5) de focalisation du rayonnement infrarouge placé de manière à recevoir la compo- sante infrarouge en provenance du moyen fractionneur de fais- ceau et à imager la composante à un plan focal ( 6); un sous-système millimétrique ( 7, 8) pour rece- voir la composante millimétrique en provenance du moyen frac- tionneur de faisceau ( 2) et l'imager sur un réseau. 2 Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le sous-système millimétrique comprend un moyen de lentille diélectrique ( 8) ayant une surface antérieure et une surface postérieure et un réseau de circuits intégrés antenne/mélangeur placés sur la surface postérieure, et en ce que le moyen de lentille diélectrique peut fonctionner pour recevoir la composante millimétrique à la surface an- térieure et l'imager dans le plan du réseau. 3 Appareil selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de lentille d'entrée ( 1) pour recevoir et transmet- tre le rayonnement par son intermédiaire. 4 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le moyen ( 2) frac- tionneur de faisceau transmet la composante infrarouge et dévie la composante millimétrique. 7. Appareil selon la revendication 4,caractéri- sé en ce que le moyen ( 2) fractionneur de faisceau est constitué d'un semi-conducteur transmettant l'infrarouge. 6 Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le moyen ( 2) fractionneur de faisceau est constitué d'un fin tamis métallique. 7 Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le moyen ( 2) fractionneur de faisceau est constitué d'un bloc diélectrique. 8 Appareil selon la revendication 3, caractéri- sé en ce que la lentille d'entrée ( 1) est constituée d'un élément de réfraction en sulfure de zinc. 9 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le sous-système de focalisation de l'infrarouge ( 3, 4, 5) comprend une mul- titude de moyens de lentille, constitués chacun de germa- nium ou de sulfure de zinc. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de lentille diélectrique ( 8) est constitué d'alumine. 11 Appareil selon la revendication 2 ou selon toute revendication dépendante, caractérisé en ce que chaque circuit intégré antenne/mélangeur comprend des dip Cles en croix, un dipâle de la paire étant sensible à un rayonne- ment polarisé linéairement qui est reçu via le moyen de lentille diélectrique, l'autre étant sensible à un rayonne- ment polarisé linéairement d'un oscillateur local.