Brevet FR2711875A1 — publié le 19950505

D E S C R I P T I O N Disposition de détecteur passif à résolution d'image Champ technique L'invention concerne une disposition de détecteur passif à résolution d'image munie d'un détecteur de matrice sur lequel des moyens de reproduction optique engendrent une image d'une scène d'objet, et qui est constitué d'une disposition bidimensionnelle d'éléments de détecteur, chaque élément de détecteur détectant, en cycles successifs, plusieurs éléments d'image afin d'augmenter la résolution Technique connue Ces dispositions de détecteur à résolution d'image sont, p.ex., utilisées pour la commande de recherche de cibles de missiles téléguidés ou pour la munition à direction de phase finale. Le détecteur de matrice répond alors à la radiation infrarouge émise par une cible dans une scène d'objet. Le détecteur de matrice fournit un réseau d'éléments d'image (pixel). Ces éléments d'image sont soumis à un traitement d'image afin de reconnaître et identifier une cible et afin de déterminer la dérive de la cible dans le champ de vision de la disposition de détecteur. Afin de réduire les bruits à une valeur acceptable, il faut refroidir un réfrigérant à une température très basse. Il est désirable de détecter un champ de vision aussi grand que possible avec le détecteur de matrice afin d'être en mesure de détecter également des cibles ayant une dérive de la cible relativement grande. De l'autre côté, une capacité de résolution géométrique aussi élevée que possible est nécessaire. Même en cas d'écarts relativement grands de la cible, une résolution suffisante des structures de cible doit être possible. Par cela, on veut faciliter l'identification de la cible et réduire le taux de fausse alarme, c'est-à-dire la probabilité d'une fausse classification de la cible. Dans les domaines de longueur d'ondes infrarouges utilisés ici de 3 à 5 um et 8 à 12 um, les systèmes optiques peuvent être formés de sorte que leur diffraction est limitée. Les systèmes optiques founissent ainsi une information d'image à haute résolution. Cependant, il est difficile de construire un détecteur de matrice capable de conduire cette information à haute résolution à peu de perte au système de traitement d'image. La capacité du système est déterminée par la fonction de transfert de modulation des éléments de détecteur du détecteur de matrice. La fonction de transfert de modulation représente la capacité des éléments de détecteur du détecteur de matrice de pouvoir explorer des informations de structure de manière non-faussée. Dans le cas idéal, il faudrait utiliser des séries de détecteur très grandes avec p.ex. 1024 x 1024 éléments de détecteur afin d'être en mesure d'utiliser toute la puissance du système optique de reproduction. De tels détecteurs ne sont, cependant, pas disponibles. De l'EP-B-0 133 890 on connaît un système de détecteur électro-optique destiné à la génération d'informations d'image électroniques par un détecteur de matrice à accouplement de charge constitué d'une disposition de lignes et de colonnes d'éléments de détecteur carrés. Des espacements entre les éléments de détecteur ont une largeur correspondant, en général, à la longueur latérale des éléments de détecteur. Par un miroir de nutation susceptible d'être commuté successivement dans quatre positions et par lequel la voie des rayons de reproduction est guidé, une image d'une scène d'objet est déplacée par étape le long d'un trajet carré relativement au détecteur de matrice. Par cela, chaque élément de détecteur détecte, en cycles successifs, quatre zones adjacentes de l'image de la scène d'objet. Les informations d'image sont ensuite composées dans un calculateur à une "image" continue. Grâce à ce décalage d'image, la résolution du détecteur de matrice est améliorée, résolution qui est limitée par l'écart entre les éléments de détecteur. Dans une telle formation de la disposition de détecteur, on pourait réaliser un capteur d'image d'effectivement 1024 x 1024 éléments de détecteur avec seulement 256 x 256 éléments de détecteur. Ceci serait dans le domaine de ce qui est techniquement possible. Un tel détecteur de matrice donnerait cependant, avec une longueur latéralede 20 um, la limite de ce qui est techniquement réalisable, encore un chip de détecteur d'un diamètre au moins de 30 mm. Le refroidissement d'u tel chip de détecteur à typiquement 80 à 100 K dans une tête chercheuse d'un missile ne peut que difficilement être réalisé avec la technique de refroidissement existant. En outre, il faudrait fabriquer le détecteur de matrice d'éléments de détecteur individuels. Ceci est peu économique et coûteux. On connaît des "séries de miroirs micromécaniques". Ces séries de miroirs micromécaniques sont constituées d'une multitude d'éléments de miroir adjacents. Les éléments de miroir ont typiquement une dimension de 20 x 20 um. Les éléments de miroir peuvent être mis respectivement dans une de deux positions par une commande binaire. Ces séries sont fabriquées au moyen de la technologie de chip de silicium. Une mode d'exécution est en vente sous le nom de "Digital Micromirror Device (DMD)" chez l'entreprise Texas Instruments. Révélation de l'invention L'invention a pour but de réaliser, dans une disposition de détecteur à résolution d'image de l'espèce mentionnée cidessus, en particulier dans une tête chercheuse infrarouge pour des missiles téléguidés, un grand champ de vision à haute résolution géométrique avec des moyens techniquement réalisables. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par le fait que (a) on a prévu une série de miroirs micromécaniques munie d'une disposition bidimensionnelle d'éléments de miroir, chaque élément de miroir étant pivotable par des signaux de commande binaire dans une première ou une seconde position de commutation, (b) les moyens optiques de reproduction comprennent un premier système optique de reproduction par lequel la scène d'objet est reproduite à une haute résolution sur la série de miroirs microméaniques, (c) les moyens optiques de reproduction comprennent, en outre, un second système optique par lequel la série de miroirs micromécaniques est reprnduite sur le détecteur de matrice de sorte qu' une sous-matrice à la fois de la série de miroirs micromécaniques avec plusieurs éléments de miroir est reproduite sur chaque élément de détecteur, (d) dans la première position de commutation, les éléments de miroir font passer les rayons de reproduction à côté du détecteur de matrice, et dans une seconde position de commutation, ils guident les rayons de reproduction sur l'élément de détecteur du détecteur de matrice respectivement associé, et (e) la série de miroirs micromécaniques est susceptible d'être commandée de sorte qu'en séquence cyclique, des éléments de miroir prédéterminés des sous-matrices sont dans la seconde position de commutation, et les autres miroirs de la sous- matrice sont dans la première position de commutation. La reproduction de la scène d'objet sur le détecteur de matrice est effectuée par une reproduction intermédiaire sur une série de miroirs micromécaniques. Ces séries de miroirs peuvent être assemblées par p.ex. 1024 x 1024 ou 2048 x 2048 éléments de miroir. La série de miroirs peut avoir des dimensions plus grandes que le détecteur de matrice. Il ne faut pas le refroidir. Des sous-matrices p.ex. de 4 x 4 ou 8 x 8 éléments de miroir sont définies sur la série de miroir, sous-matrices qui sont chacune associée à un élément de détecteur du détecteur de matrice. La série de miroirs est reproduite sur le détecteur de matrice, chaque sous-matrice étant reproduite sur un élément de détecteur assotié. Parmi les sous- matrices, un élément de miroir est chaque fois incliné dans la seconde position de commutation et conduit la radiation recue sur l'élément de détecteur associé du détecteur de matrice. Les autres éléments de miroir sont dans la première position de commutation de sorte qu'ils font passer la radiation incidente à côté du détecteur de matrice. La sous- matrice est maintenant commandée cycliquement de sorte que successivement chaque élément de miroir est une fois incliné dans la seconde position de commutation et conduit la radiation reçue sur l'élément de détecteur, tandis que les autres éléments de miroir sont dans la première position de commutation. On peut alors utiliser un détecteur de matrice relativement petit avec un nombre réduit d'éléments de détecteur qui peut pratiquement être fabriqué et refroidi par des réfrigérants disponibles. Dans le calculateur, les données d'image successivement obtenues donnent ensuite une "image" à résolution plus élevée. Conformément à l'invention, dans la voie des rayons du premier système de reproduction optique, on a disposé un miroir semi-argenté incliné vers l'axe du faisceau, miroir par lequel la série de miroirs micromécaniques est reproduite par le second système de reproduction optique sur le détecteur de matrice. Le détecteur de matrice répond à la radiation infrarouge. La disposition est caractérisée par son utilisation dans un chercheur d'un missile à la poursuite d'une cible. Un exemple d'exécution de l'invention est expliqué plus précisément en référence aux dessins annexes. La fig. 1 est une illustration schématique d'une tête chercheuse pour un missile autoguidé muni d'une disposition de détecteur à résolution d'image. La fig. 2 illustre schématiquement la coopération entre une sous- matrice de la série de miroirs micromécaniques et un élément de détecteur du détecteur de matrice. La fig. 3 est une illustration schématique et illustre la composition des données d'image obtenues successivement par les éléments de miroir d'une sous- matrice de la série de miroirs au moyen d'un seul élément de détecteur, de sorte à former une image à haute résolution dans le calculateur. Dans la fig. 1, un dôme transparent pour la radiation infrarouge sur la pointe d'un missile 12 est désigné par 10. La radiation infrarouge d'une scène d'objet dans l'infini passe par le dôme 10. Cette radiation infrarouge est illustrée par les rayons 14. Un premier système de reproduction optique 16 est disposé derrière le dôme. Le système optique 16 engendre une reproduction intermédiaire de la scène d'objet à haute résolution sur une série de miroirs micromécaniques 18. Des rayons marginaux du faisceau de rayons de reproduction sont désignés par 20 et 22. Un miroir 24 semi-argenté est disposé dans la voie des rayons du système optique de reproduction 16. Le miroir semi-argenté 24 est incliné de 45 contre l'axe optique du système optique de reproduction. La radiation infrarouge réflétée par la série de miroirs, est partiellement réf létée au miroir semi-argenté 24 comme faisceau lumineux divergent avec des rayons marginaux 26 et 28. La voie des rayons est déviée par le miroir semi-argenté 24 de 90 . Un second système optique de reproduction 30 reproduit la série de miroirs micromécaniques 18 sur le détecteur de matrice 32. Le second système optique de reproduction 30 engendre avec cela également une image de la scène d'objet dans la mesure o les éléments de miroir réfléchissent la lumière incidente spéculairement par rapport au plan de la série de miroirs. Les signaux du détecteur de matrice 32 sont conduits à un calculateur de traitement d'image 34. Le calculateur de traitement d'image emboîte les données d'image du détecteur de matrice 32 apparaissant successivement l'une dans l'autre et les assemble de sorte à former une "image" électronique à haute résolution. L'image ainsi obtenue de la scène d'objet est traitée conventionnellement pour l'identification de la cible et pour la génération de données de dérive de la cible. Ceci ne fait pas l'objet de l'invention présente et n'est pour cela pas décrit ici en détail. Un calculateur de commande pour la série de miroirs micromécaniques 18 est désigné par 36. Ce calculateur de commande 36 détermine quels éléments de miroir de la série de miroirs 36 sont dans le premier état de commutation et quels éléments de miroir sont dans le second état de commutation. Si une résolution aussi élevée que possible est demandée, le calculateur de commande 36 commande les éléments de miroir de sorte que dans chaque sous-matrice de la série de miroirs 18, les éléments de miroir individuels sont successivement en séquence cyclique positionnés dans le second état de commutation, tandis que tous les autres éléments de miroir de la sous-matrice restent dans le premier état de commutation. Dans ce second état de commutation, l'élément de miroir est disposé dans le plan de la série de miroirs 18 et réfléchit les rayons incidents dans la voie des rayons 26,28 illustrée dans la fig. 1. Les éléments de miroir qui sont dans le second état de commutation réfléchissent les rayons incidents de sorte que les rayons réfléchis n'arrivent pas sur le détecteur de matrice 32. Le calculateur de commande 36 fournit au calculateur de traitement d'image 34 l'information quels éléments de miroir se trouvenichaque fois dans la première position de commutation. Ensuite, le calculateur de traitement d'image 34 peut composer "l'image" électronique de la scène d'objet. Cette information sur les éléments de miroir se trouvant dans la première position de commutation est illustrée dans le fig. 1 par la connexion 38. Du traitement d'image peut résulter la nécessité de s'écarter de ce mode de travail normal. Il peut, par exemple, s'avérer nécessaire d'augmenter l'intensité du signal fourni par les éléments de détecteur en renoncant à la résolution. Dans ce cas, le calculateur de commande 36 peut positionner, à la place d'un élément de miroir, chaque fois plusieurs, p.ex. quatre éléments de miroir adjacents de la série de miroirs simultanément dans la première position de commutation. La commande à cette fin est appliquée par le calculateur de traitement d'image 34 par une connexion 40 au calculateur de commande 36. Le système est alors susceptible d'être rapidement adapté, quant à sa résolution, au cas d'application respective. Le calculateur de commande 36 commande une électronique d'attaque 42. Ceci est illustré par la connexion 44. L'électronique d'attaque 42 fournit les signaux de commande pour commande de la série de miroirs micromécaniques. Ceci est illustré par une connexion 46. La fig. 2 illustre schématiquement la relation entre une sous- matrice 48 de la série de miroirs micromécaniques 18 et un élément de détecteur 50 associé du détecteur de matrice 32. Toute la série de miroirs 18 est reproduite sur tout le détecteur de matrice 32, comme indiqué par les rayons marginaux 52. La sous-matrice 48 de la série de miroirs 18 micromécaniques est reproduite sur l'élément de détecteur 50 de sorte que l'image de toute la sous- matrice 48 couvre la surface de l'élément de détecteur 50. Ceci est indiqué par les rayons marginaux 54. La sous-matrice 48 est constituée dans l'exemple illustré dans la fig. 2, de 4 x 4 éléments de miroir 56. Chacun des seize éléments de miroir 56 de la sous-matrice 48 réflète, lorsqu'il se trouve dans le second état de commutation, les rayons incidents de sorte qu'ils sont conduits par le second système optique de reproduction sur l'élément de détecteur 50. Dans le premier état de commutation, les éléments de miroir 56 reflètent les rayons incidents hors de la marche des rayons. Le calculateur de commande peut, p.ex., travailler de sorte qu'en séquence cyclique, il met successivement d'abord les quatre éléments de miroir "11", "12", "13" et "14" de la première ligne dans le premier état de commutation, lorsque les éléments de miroir 56 de la sous-matrice 48 sont caractérisés par l'indication de la ligne et de la colonne. Ensuite, les éléments de miroir "21","22","23" et "24" de la seconde colonne sont successivement mis dans le second état de commutation etc. jusqu'à l'élément de miroir "44" de la dernière colonne et de la derinère ligne. Ensuite, ce cycle est répété. Avec ce mode de commande, la résolution est optimale. Cependant, la commande peut p.ex. également être effectuée de sorte que dans un premier cycle, les éléments de miroir "11", "12","21" et "22" sont simultanément mis dans le second état de commutation, dans uns second cycle les éléments de miroir "13", "14", "23" et "24", etc. Le détecteur de matrice fournit alors un signal plus élevé sous perte de résolution, et l'exploration est effectuée plus rapidement. Ceci est commandé en fonction des résultats du traitement d'image, par le calculateur de traitement d'image 34. La fig. 3 illustre l'assemblage d'une "image" électronique d'une haute résolution par le calculateur de traitement d'image 34 à partir des signaux du détecteur de matrice 32 obtenus successivement lors du cycle d'une sous-matrice 48 de la série de miroirs 18. Le calculateur de commande 36 indique respectivement la ligne et la colonne de l'élément de miroir 48 qui est mis dans le second état de commutation. La fig. 3 montre les images partielles l'une sur l'autre que le calculateur de traitement d'image 34 établit sur la base du signal de l'élément de détecteur 50 et des données d'état des éléments de miroir 56 obtenues par la connexion 38, c'est-à-dire les lignes et les colonnes des éléments de miroir 56 se trouvant respectivement dans le second état de commutation. Le calculateur de commande 36 indique "11" comme ligne et colonne. Cç6ci signifie que l'élément de miroir de la première ligne et de la première colonne se trouve dans le second état de commutation et réflète les rayons incidents dans la marche des rayons du système optique de reproduction. Ici, il est supposé que l'élément de détecteur 50 donne un signal. Ce signal peut représenter sous forme digitalisée une valeur de luminosité. Pour des raisons de simplicité on n'a illustré ici que l'alternative "signal" (noir) ou "pas de signal" (clair). Dans la première image partielle électronique 58 établie par le calculateur avec 4 x 4 champs, le champ "11" en haut à la gauche est "noir". Ceci est illustré dans le calculateur p.ex. par le chiffre "1" logique. Les autres champs sont clairs. Ceci est illustré dans le calculateur de traitement de signal 34 par le chiffre "0" logique. Dans l'intervalle de cycle suivant, l'élément de miroir "12" est mis dans la seconde position de commutation. La radiation infrarouge de la scène d'objet ne tombe pas sur l'élément de miroir "12". Ainsi, aucune radiation infrarouge n'est guidée sur l'élément de détecteur 50. L'élément de détecteur 50 ne fournit pas de signal. Toute l'image partielle 60 est claire. Ceci est illustré dans le calculateur de traitement d'image 34 par le chiffre "0" logique dans tous les champs. Les images partielles ont une allure conforme, images partielles qui sont obtenues dans les intervalles de cycle suivants et associés aux éléments de miroir "13", "14", "21" et "22". Lorsque dans le cycle suivant l'élément de miroir "23" est mis dans le second état de commutation, l'élément de détecteur fournit de nouveau un signal. Dans l'image partielle 62, le champ dans la seconde ligne et la troisième colonne est noir. Ceci est illustré dans le calculateur de traitement d'image 34 par le chiffre "1" logique. Il en résulte de nouveau des images partielles claires jusqu'à la commande de l'élément de miroir "32" dans la troisième ligne et la seconde colonne. Lorsque ces éléments de miroir sont mis dans le second état de commutation, l'élément de détecteur 50 recoit de nouveau de la radiation infrarouge et fournit un signal. Dans l'image partielle associée, le champ "32" est noir. Ceci est illustré dans le calculateur de traitement d'image 34 par le chiffre "1" logique. Il faut observer que chacune des images partielles est de nouveau une partie d'un dessin total fourni par les différentes sous- matrices et éléments de détecteur. Le calculateur de traitement d'image 34 superpose les dessins totaux composés des images partielles en "image" électronique de la scène d'objet. Pour les images partielles fournies par la sous-matrice 48 et l'élément de détecteur 50, il en résulte une image de superposition 66. Revendications 1. Disposition de détecteur passif à résolution d'image munie d'un détecteur de matrice (32) sur lequel des moyens de reproduction optique (16,30) engendrent une image d'une scène d'objet, et qui est constitué d'une disposition bidimensionnelle d'éléments de détecteur (50), chaque élément de détecteur détectant, en cycles successifs, plusieurs éléments d'image afin d'augmenter la résolution, caractérisée par le fait que (a) on a prévu une série de miroirs (18) micromécaniques munie d'une disposition bidimensionnelle d'éléments de miroir (48), chaque élément de miroir (48) étant pivotable par des signaux de commande binaire dans une première ou une seconde position de commutation, (b) les moyens optiques de reproduction comprennent un premier système optique de reproduction (16) par lequel la scène d'objet est reproduite à une haute résolution sur la série de miroirs (18) micromécaniques, (c) les moyens optiques de reproduction comprennent, en outre, un second système optique (30) par lequel la série de miroirs (18) micromécaniques est reporoduite sur le détecteur de matrice (32) de sorte qu'une sous-matrice (48) à la fois de la série de miroirs micromécaniques (18) avec plusieurs éléments de miroir (56) est reproduite sur chaque élément de détecteur (50), (d) dans la première position de commutation, les éléments de miroir (56) font passer les rayons de reproduction à côté du détecteur de matrice (32), et dans une seconde position de commutation, ils guident les rayons de reproduction sur l'élément de détecteur (50) du détecteur de matrice (32) respectivement associé, et (e) la série de miroirs micromécaniques (18) est susceptible d'être commandée de sorte qu'en séquence cyclique, des éléments de miroir (56) prédéterminés des sous-matrices (48) sont dans la seconde position de commutation, et les autres miroirs de la sous- matrice (48) sont dans la première position de commutation. 2. Disposition de détecteur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que, dans la voie des rayons du premier système de reproduction optique (16), on a disposé un miroir (24) semi-argenté incliné vers l'axe du faisceau, miroir par lequel la série de miroirs micromécaniques (18) est reproduite par le second système de reproduction optique (30) sur le détecteur de matrice. 3. Disposition de détecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le détecteur de matrice (32) répond à la radiation infrarouge. 4. Disposition de détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par son utilisation dans un chercheur d'un missile (12) à la poursuite d'une cible.